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9-2018

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Bauelemente

Bauelemente Problemlöser - multiplizierender DA-Wandler und vielen anderen Anwendungen, bei denen Offset oder Verstärkung eingestellt werden müssen. In Bild 1 ist ein multiplizierender 14bit DA-Wandler AD5453 mit nachfolgendem Verstärker gezeigt, der ein Signal, je nach programmiertem Wert des DA-Wandlers, verstärken oder abschwächen kann. Berechnung der Schaltung Die Ausgangsspannung V out der Schaltung wird wie folgt berechnet: Die meisten DA-Wandler werden mit einer festen, positiven Referenzspannung betrieben und geben eine Spannung oder einen Strom aus, der proportional zum Produkt der Referenzspannung und einem eingestellten, digitalem Wert ist. Etwas anders liegt der Fall bei den sogenannten multiplizierenden DA-Wandlern. Hier darf die Referenzspannung variieren, oft im Bereich von ±10 V. Der analoge Ausgang kann also über die Referenzspannung und den digitalen Wert beeinflusst werden, in beiden Fällen dynamisch. Anwendungen Durch entsprechende Beschaltung kann der Baustein ein Signal ausgeben, das zur Referenz verstärkt, gedämpft oder invertiert ist. Dadurch ergeben sich Anwendungen im Bereich von Signalform-Generatoren, programmierbaren Filtern, PGA (programmierbare Verstärker, engl.: programmable Gain Amplifier) Neben der Verstärkung (engl. Gain) und dem eingestellten Wert D des DA-Wandlers wird die Ausgangsspannung durch die Versorgung des Operationsverstärkers beeinflusst, bzw. begrenzt. Im gezeigten Fall sollte der Verstärker ADA4637-1 bei einer Versorgung von ±15 V maximal bis zu ±12 V ausgeben, um ihm einen genügend großen Regelbereich zu lassen. Die Verstärkung wird über die Widerstände R2 und R3 bestimmt: Alle Widerstände (R1 bis R3) sollten den gleichen Temperaturkoeffizienten haben. Er muss jedoch nicht gleich dem Temperaturkoeffizienten der internen Widerstände des DA-Wandlers sein. Der Widerstand R1 dient dazu, den internen Wider- Analog Devices Inc www.analog .com Bild 1: Schaltung mit variabler Verstärkung (PGA) 64 PC & Industrie 9/2018

Bauelemente stand RFB des DA-Wandlers an die Widerstände R2 und R3 anzupassen. Hierbei gilt: Die Widerstände müssen so gewählt werden, dass sich der Operationsverstärker bei maximaler Eingangsspannung (der DA-Wandler verträgt ±10 V an V REF ) noch in seinem Arbeitsbereich befindet. Weiterhin ist zu beachten, dass der Eingangsstrom (engl. Input Bias Current IBias) des Verstärkers mit dem Widerstand R FB +R 2 || R 3 multipliziert wird, was einen wesentlichen Effekt auf die Offset Spannung hat. Aus diesem Grund wurde der Operationsverstärker ADA4637-1 gewählt, der sehr geringen Eingangsstrom und eine sehr geringe Eingangs- Offset-Spannung im Datenblatt angeben hat. Um Instabilitäten in der geschlossenen Regelung oder sogenanntes Klingeln zu verhindern, ist der 4,7 pF Kondensator zwischen I OUT und R FB eingefügt, was besonders bei schnellen Verstärkern zu empfehlen ist. Wie oben schon erwähnt, wird die Offset Spannung des Verstärkers mit der Verstärkung der geschlossenen Regelschleife multipliziert. Ändert sich die Verstärkung, die mit den externen Widerständen eingestellt ist, um einen Wert, der einem digitalen Schritt entspricht, wird dieser auf den gewünschten Wert aufaddiert, was einen differentiellen Linearitätsfehler erzeugt. Ist dieser groß genug, kann es zu einem nicht monotonen Verhalten des DA-Wandlers führen. Um diesen Effekt möglichst nicht entstehen zu lassen, muss ein Verstärker mit geringer Offset Spannung und kleinem Eingangsstrom gewählt werden. Vorteile gegenüber anderen Schaltungen Im Prinzip können auch Standard DA-Wandler genutzt werden, wenn Sie eine externe Referenz zulassen, jedoch gibt es ein paar wesentliche Unterschiede zu den multiplizierenden Wandlern. Standard-Wandler können am Referenz Eingang nur unipolare Spannungen mit einer begrenzten Amplitude verarbeiten. Neben der begrenzten Amplitude ist auch die Bandbreite des Referenzeinganges sehr eingeschränkt. Hierzu findet man den Wert „Multiplying Bandwith“ im Datenblatt. Bei dem 16bit DA-Wandler AD5664 ist diese beispielsweise mit 340 kHz angegeben. Die multiplizierenden Wandler kommen mit bipolaren Spannungen am Referenzeingang zurecht, die vom Wert her auch über der Versorgungsspannung liegen können. Und die Bandbreite liegt deutlich höher, beim AD5453 ist diese mit typisch 12 MHz angegeben. Fazit Multiplizierende DA-Wandler sind nicht so verbreitet, bieten jedoch vielfältige Möglichkeiten. Neben dem selbst gebauten PGA mit hoher Bandbreite, sind sie auch für mobile Anwendungen sehr gut geeignet, da der Leistungsbedarf unter 50 µW liegt. ◄ SMD-Feststoff-Elektrolyt- Kondensatoren Sehr flache SMD-Speicherdrossel mit magnetischer Schirmung Der taiwanesische Hersteller APAQ Technology Co. Ltd bietet mit der neuen ACAS-Serie SMD-Aluminium-Feststoff-Elektrolyt-Kondensatoren in einem kleinen SMD-Kunststoffgehäuse an. Dieses hat Abmessungen von 7,3 mm x 4,3 mm und eine Bauhöhe von gerade mal 1,9 mm. Die Serie zeichnet sich durch sehr niedrige ESR-Werte von 6 bis 15 mR und einer Lebensdauer von 2000 Stunden bei 105 °C aus. Die Betriebsspannung erstreckt sich von 2 bis neuerdings 4 V DC . Aktuell erhältlich sind die Werte 220 und 330 µF (@120Hz), andere können auf Anfrage geprüft werden. Der Arbeitstemperaturbereich erstreckt sich von -55 bis 105 °C. Geeignet sind diese RoHSkonformen Kondensatoren etwa für den Einsatz in DC-DC-Wandlern, Spannungsreglern oder als Entstörkondensator. Technische Beratung, Angebots- oder Musteranfragen über die • WDI AG info@wdi.ag www.wdi.ag Mit einem sehr kompakten Design und einer AEC-Q200- Zertifizierung bietet die HA66- Serie eine Leistung und Zuverlässigkeit, die für Anwendungen in der Automobilindustrie sowie Industrieanwendungen mit hohen Anforderungen entspricht. Die flachen magnetisch geschirmten Drosseln eignen sich ideal für den Einsatz in hocheffizienten DC/DC-Wandlern mit hohen Schaltfrequenzen bis zu 3 MHz sowie für EMI- und Tiefpass-DC-Filter. Anwendungen im Verkehrswesen umfassen Antriebssysteme, Motorsteuerung, Getriebesteuerung, LED- Treiber, ABS-Bremssysteme, EPS, Radarsysteme und Kamerasteuersysteme. Im industriellen Bereich sind sie ideal für den Einsatz in Automatisierungssystemen sowie in DC/DC-Wandlern. Hauptmerkmale • Induktivität: 2,5 bis 220 µH • Strombelastbarkeit: 1,22 bis 11,2 A (Erwärmung +40 °C) • DC-Widerstand: 18 mOhm bis 820 mOhm • Abmessungen: 5,7 x 5,7 x 3 mm und 6,7 x 6,7 x 4 mm • Betriebstemperaturbereich: -40 bis + 125 °C • pk components GmbH info@pk-components.de www.pk-components.de PC & Industrie 9/2018 65

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