Hardware zur analogen Regelung – Filter UAF42 #3 : Vermessung des Filters UAF42

 Mein vorheriger Beitrag.

Hallo liebe OpenAdaptroniker,

im letzten Post ging es um die Auswertung und Simulation des Filters UAF42 . Nun soll mit einem einfachen Laborversuch das Verhalten des Filters untersucht werden. Die Messung soll bei fehlerfreiem Versuchsaufbau die gleichen Ergebnisse liefern, wie bei der Simulation auf Basis von Matlab und LTSpice.
Die UAF42-Filter-Schaltung ist auf einem sogenannten Steckbrett (Englisch Breadboard) aufzubauen und zu messen. Dazu benötigt man die gleichen Bauteilwerte, die bei der Matlab und LTSpice-Untersuchung verwendet wurden, um die eine Abweichung bei der Messungen so gut wie möglich zu vermeiden und auch um die Messergebnisse mit den Simulationsergebnissen vergleichen zu können. Für die Messungen werden Messgeräte genutzt, die die Resultate der Messungen in Zeit- oder Frequenzbereich darstellen können.
Welche Bauelemente und Messgeräte für den Versuchsaufbau verwendet sind, sind in den Tabellen 1 & 2 aufgelistet.

Verwendete Geräte im Laborversuch des aktiven UAF42-Filters:

Tab1
Tabelle 1: Die Geräteliste für den UAF42-Filter-Versuch

 

Verwendete Bauteile im Laborversuch des aktiven Filters UAF42:

Tab2
Tabelle 2: Die Bauteilliste für den UAF42-Filter-Versuch

 

Versuchsaufbau

Zunächst wird der Versuch nach der UAF42-Schaltung auf einem Steckbrett aufgebaut, dazu benötigt man die Bauteile, die in Tabelle 2 aufgeführt sind und Kabel, um die Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen. Man soll dabei besonders darauf achten, dass das Steckbrett Löcher hat, die vertikal (rote und blaue Linien. Siehe Abb. 1) und horizontal verbunden sind. Das UAF42-Filter ist als IC zu bestellen, es kostet ungefähr 20 Euro pro Stück. Das UAF42-Filter hat 14 Pins, die Pin-Belegung spielt eine große Rolle für einen fehlerfreien Versuchsaufbau, deshalb sollte man damit sogfältig umgehen.

Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau des Versuchs:

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Abb. 1: Steckbrett-Versuchsaufbau des UAF42-Filters

 

Die Folien-Kondensatoren (rot) wurden in diesem Versuch benutzt, weil sie ungeplote Kondensatoren sind. Die Elektrolyt-Kondensatoren sind optional zu den Versorgungsanschlüsse des UAF42 verschaltet, um die Störungen bestmöglich zu beseitigen, dadurch erhält man eine glatte Versorgungsspannung.

 

Versuchsmessungen

Nachdem man mit dem Aufbau des Versuches fertig ist, kann man mit der Vermessung der Schaltung beginnen. Dazu kommt ein Spezial-Gerät zur Aufnahme der Messdaten zum Einsatz (Tab. 1, Index 4). Die Messungen des Versuches erfolgen in Frequenzbereich mithilfe des FFT-Analyzers. Dabei soll mit den Messungen herausgefunden werden, ob die Schaltungsausgänge (Tief-, Hoch- und Bandpass-Ausgang) die erwarteten Ergebnisse liefern.

Als Spannungsquelle für Messungen wird das Triple Power Supply (Tab. 1, Index 3) zum Einsatz gebracht, mit der man die Schaltung mit +-15V betreiben kann.

Die folgenden Messungen wurden im Frequenzbereich druchgeführt. Der Sinn von der Frequenzbereich-Messungen ist es eine überschaubare Darstellung der Ausgänge im Bode-Diagramm zu erhalten, die man leicht und schnell interpretieren kann und die mit den MATLAB/LTSpsice-Simulations-Ergebnissen sehr einfach vergleichbar sind.
Die erhaltenen Messdaten wurden als XY-Werte auf einer Diskette gespeichert und mittels MATLAB geplottet.

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Abb. 2: Bode-Diagramm: Darstellung der Messergebnisse im Frequenzbereich

HP steht für Hochpass, TP für Tiefpass und BP für Bandpass.

Die Messungen sind in dem Frequenzbereich von 1Hz bis 800Hz aufgenommen worden, die Ergebnisse sind in Abbildung 2 zu sehen. Man sieht auch bei ungefähr -3 dB, dass alle Filter die 10Hz als Grenzfrequenz haben. Das ist genau das, was mit der MATLAB-Auswertung und der LTspice-Simulation erreicht wurde. Die Überstimmung zwischen Simulationen und Messungen ist sehr deutlich im Bode-Diagramm (Abb. 2) zu sehen.
Beim nächsten Beitrag soll das UAF42-Filter als analoge Regelung in einem kleinen Experiment untersucht werden. Um dieses Experiment durchführen zu können, wird ein schwingfähiges System gebraucht, hierzu bietet sich das Gerät „Inertialmassen Aktor (IMA)“ an, das ein Feder-Dämpfung-Verhalten hat. In einem Zusammenbau des UAF42 und IMA sollen die dabei entstehenden Schwingungen aktiv gedämpft werden.

Bis bald!


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