PWM messtechnisch erfasst (Speziallisten Thema)

[Hiltihome]

Hallo,
hier mal etwas Neues:

Das Licht einer PWM helligkeitsgesteuerten Lampe auf einem Oscilloscope sichtbar gemacht.

Die C-LE habe ich deshalb gewählt weil sie, mit der viel zu niedrigen Frequenz, ein eklatantes Bespiel für eine schlecht ausgelegte Lampe ist.
Die C-LE flackert unerträglich, wenn sie in einem der dargestellten Modi ist.


Jetbeam C-LE bei medium. Frequenz 73.2Hz

Jetbeam C-LE bei low. Frequenz 73,2 Hz

Die Ergebnisse sind nicht akkurat, weil eine PC-Soundkarte Kondensator gekoppelt ist.
Die Ausschläge in den negativen Bereich unterhalb der Mittellinie gäbe es sonst nicht.
Das Tastverhältniss wird aber richtig dargestellt



Was man dazu braucht: einen PC mit Soundkarte, Windows 2000 oder XP, ein Solar-Panel (aus altem, billigen Taschenrechner*), ein Kabel mit 3,5mm Klinkenstecker und die Software scope 1.22

* alter billiger Taschenrechner ist wichtig, weil bei neueren das Solar-Panel SMD-artig aufgebracht ist und kaum zerstörungsfrei kontaktiert werden kann.

Das Solar-Panel wird am Line/Aux-Eingang der Soundkarte angeschlossen und der Line/Aux -Eingang im Sound-Mixer für Aufnahme angewählt.

Notfalls geht auch eine LED in rot, gelb oder grün am Mikrofon-Eingang. (weiße LEDs sind nicht geeignet)


Heinz

 

[Erka]

Cool
Muss man erstmal drauf kommen, den alten Taschenrechner zu verwerten!
Was mich etwas wundert (die Jungs von Fenix wohl auch, oder wer auch immer die Steuerung entworfen hat) ist, dass die 73 Hz noch als Flackern empfunden werden (Kinofilm hat ca. 25 Bilder/ Sek ?). Liegt vermutlich daran, dass LED praktisch keine Nachleuchtzeit haben.

Grüße Rainer

 

[Hiltihome]

Hallo Erka,

die Bildrate bei Kinofilm liegt zwar tatsächliche bei 24 FPS, aber bei der Projektion deckt eine Umlaufblende jedes Bild zweimal ab, sodas eine Bildwiederholfrequenz von 72 Hz entsteht. Das empfinden wir als flimmerfrei.


Bei PWM gedimmten LED-Taschenlampen sieht es anders aus.

Je stärker die LED gedimmt wird, desto kürzer leuchtet sie während einer Periode. So bemerke ich das Flimmern meiner Jetbeam MKII-X (124 Hz) in schwächster Einstellung immer noch.

Da ich keine Lampe mit höherer Frequenz habe, kann ich nicht sicher sagen, wann Ruhe einkehrt; ab 500 bis 1000 Hz sollte es sich aber ausgeflimmert haben.

Hier ist eine Liste mit bereits gemessenen Lampen.



Heinz

 

[Carnivor]

Ich vermute, daß Dein Tastkopf verstimmt ist. Die Signale sollten rechteckförmiger sein.

Normalerweise gibt es an Tastköpfen eine kleine Schraube, mit der man die Tastkopfkapazität an die Eingangskapazität des Oszilloskops anpassen kann.

Wenn Du einfach nur ein Kabel mit Klinkenstecker genommen hast, hast Du diese Option nicht, allerdings sind die Oszillogramme dann nicht aussagekräftig.

 

[Hiltihome]

Hallo Canivor,

es gibt keinen Tastkopf und somit auch keinen Trimmer.
Eine Anpassung an die Eingangskapazität des Oszilloskopes findet auch nicht satt.
Ein Anpassung hätte, bei der niedrigen Frequenz von 72 Hz, auch keinerlei sichtbare Auswirkung.


Ich habe den Messaufbau in Post #1 hinreichend genau beschrieben.
Es wird eine Solar-Panel als Messprobe am Aux-Eingang einer PC-Soundkarte verwendet. Das Oszilloskope ist Software auf meinem PC.

Die Darstellung ist nicht akkurat, auch darauf habe ich hingewiesen.
Ein Rechteck mit horizontalem Dach ist bei Kondensator-Koppelung nicht darstellbar. edit: das bezieht sich wiederum auf eine Soundkarte, da der Kondensator am Eingang, in Verbindung mit dem Eingangswiderstand, einen Hochpass bei 20 Hz bewirkt, deshalb das schräge Dach.


Mein Beitrag und die Darstellung ist dennoch genügend aussagekräftig, denn das Tastverhältnis wird richtig dargestellt.
Ebenso lässt sich die Frequenz genau ermitteln; und um diese beiden Aspekte geht es bei Taschenlampen.



Heinz

Frequenz 95,6Hz der Jetbeam MKII

 

[Carnivor]

Ein Rechteck mit horizontalem Dach ist bei Kondensator-Koppelung nicht darstellbar.

Aber hallo! Natürlich geht das. Die Kondensatorkopplung filtert nur den Gleichanteil aus dem Signal...

Und die Anpassung, die ohne vernünftigen Tastkopf nicht möglich ist, hätte zur Folge, daß die Signalverzerrung ausgeglichen würde.

 

[Carnivor]

Hab's gerade spaßeshalber nochmal getestet. Sogar extra mit einem alten Analog-Oszilloskop.

Ein Rechtecksignal läßt sich selbstverständlich ohne Probleme unverzerrt mit einem Oszilloskop darstellen, egal ob über Kondensatorkopplung oder ohne. Was soll das auch für einen Einfluß haben? Der Kondensator filtert wie gesagt einfach den Gleichanteil aus dem Signal.

Und wenn der Kondensator irgendetwas an dem Zeitverlauf beeinflussen würde, dann die Anstiegsflanken des Signals.

i(c)=C*du/dt ---> i(c)/C=du/dt

Allerdings ist die Koppelkapazität so gering, daß schon ein minimaler Strom eine große Spannungssteilheit ermöglicht. So muß das auch sein, damit der Meßaufbau die Schaltung so wenig wie möglich beeinflußt.

Ich weiß nicht, inwiefern Du mit dem Thema vertraut bist, aber an Oszilloskopen (außer an selbstgebauten) gibt es ein Referenzrechtecksignal, an welches man den Tastkopf anschließt, um seine Kapazität abzugleichen. Das bedeutet, daß man mit einem Schraubendreher die Kapazität so einstellt, daß eben ein richtiges Rechtecksignal angezeigt wird.

Ob die Frequenz 70Hz, 7kHz oder 7MHz beträgt, spielt keine Rolle, der Tastkopf läßt sich so oder so abgleichen.

Wenn man bei einem Oszilloskop, wie bei Deinem, diese Einstellung nicht vornehmen kann, ist der angezeigte Verlauf stark verzerrt und nicht aussagekräftig. Ein Spielzeug, für wissenschaftliche Arbeit nicht geeignet.

Ich möchte Deine Arbeit ja nicht "runtermachen", nur hat der Verlauf auf Deinen Bildern mit dem realen Verlauf nicht viel zu tun. Und das sollte bei einem "Spezialisten-Thema", wie der Titel Deines Threads lautet, erwähnt werden.

 

[Carnivor]

Um nochmal ganz auf Nummer sicher zu gehen, habe ich mir ein 20Hz-Rechtecksignal eines Funktionsgenerators auf einem analogen Oszi angesehen: Es war rechteckförmig!

 

[Rantanplan]

[...]
Wenn man bei einem Oszilloskop, wie bei Deinem, diese Einstellung nicht vornehmen kann, ist der angezeigte Verlauf stark verzerrt und nicht aussagekräftig. Ein Spielzeug, für wissenschaftliche Arbeit nicht geeignet.

Ich möchte Deine Arbeit ja nicht "runtermachen", nur hat der Verlauf auf Deinen Bildern mit dem realen Verlauf nicht viel zu tun. Und das sollte bei einem "Spezialisten-Thema", wie der Titel Deines Threads lautet, erwähnt werden.

Sorry für meine ehrlichen Worte , aber ... du lässt hier so den Experten raushängen, aber deine Beiträge erwecken den Eindruck, daß du des Lesens (und Verstehens) auch nicht ganz mächtig bist.

Hiltihome hat KEIN Oszilloskop verwendet, geschweige denn die entsprechende Technik !!!. Er hat einfach nur eine Solarzelle an der Line(?)-Eingang seiner Soundkarte angeschlossen und mithilfe eine Software diese als Oszi missbraucht. Dass eine Soundkarte nicht mit dem Meßverhalten eines Oszis mithalten kann, ist wohl auch klar. Natürlich ist der Signalverlauf durch tausend Faktoren verfälscht, aber das alles wird doch hier nicht bestritten? Der Punkt, um dem es Hiltihome eigentlich ging, wird aber korrekt erfasst ... nämlich die Bestimmung der verwendeten PWM-Frequenz.

Die Überschrift mag dir etwas reisserisch erscheinen, mag sein, aber das hier ist auch keine Elektronik-Fachforum, sondern ein (Sub)Forum zum Thema Taschenlampen ... und der Großteil der hier lesenden User - Sorry @all, behaupte ich jetzt mal - hat keine Ahnung von Elektronik, geschweige denn von Oszilloskopen, und freut sich wahrscheinlich, daß man das "Flackern" auch in Zahlen festmachen kann.

 

[Long John]

Zunächst mal an Heinz, gute Idee das Ganze und interessanter Thread

Rantanplan, guter Post


Carnivor, ich konnte zu meiner Schulzeit überhaupt nicht leiden, daß ein Lehrer in den Klassenraum polterte, mit Mühe gemachte Hausaufgaben kritisierte, ohne einen Lösungsweg aufzuzeigen, geschweige denn es besser zu machen

Aber hallo! Natürlich geht das.

Viele Grüße

____
Tom

 

[El Dirko]

Warum bist du dir sicher das die Frequenz genau (wie genau eigentlich etwa) ermittelt wird bzw. wie verifizierst du das?

Ansonsten danke erstmal für den Tipp mit dem Oscilloscope Tool, interessante Software.

Gruss
El

 

[Hiltihome]

Ich habe meinen Post #5 editiert und eine Ergänzung zur Kondensator Koppelung eingefügt.

Ich hoffe sehr, dass damit die Diskussion um die Unzulänglichkeiten meiner "Messmittel" erledigt ist.

Mit meinen Beitrag wollte ich eine einfache, leicht und billig aufzubauende Möglichkeit zeigen, um dem PWM Flimmern selbst auf die Spur zu kommen.
Wissenschaftlich Genauigkeit war nicht beabsichtigt.


Ich würde mich freuen, wenn einer der Taschenlampen Fans es auch einmal versuchen würde und die Frequenz seiner Lampe hier postet.



Heinz

 

[Carnivor]

Und ich kann es nicht leiden, wenn unwissenschaftlich gearbeitet wird. Hier gibt es auch Leute im Forum, die wissenschaftliches Interesse und auch den damit verbundenen Anspruch haben. Und denen soll nicht aufgetischt werden, daß so der Spannungsverlauf der Taschenlampen-PWM aussieht, wenn er es nicht tut!

Hiltihome hat ein Oszilloskop verwendet. Ein selbstgebautes. Ein Oszilloskop ist nämlich ein Gerät, mit dem Spannungsverläufe graphisch dargestellt werden, egal, ob es ein 50.000€ 4-Kanal Digitalskop mit 5Megasamples/s, eine umfunktionierte Soundkarte oder ein umgebauter grafikfähiger Taschenrechner ist (ich kenne die ganzen Spiele).

Das die Frequenz um 50Hz liegt, kann man sich jawohl denken, wenn ein Flackern zu sehen ist.

Mein Lösungsweg: einfach ein Gerät verwenden, welches den Aufgaben gewachsen ist.

Es ist einfach nur höflich von mir, darauf hinzuweisen, daß die Messung fehlerbehaftet ist. Die durch den schlechten Meßaufbau verursachten Fehler sind in keinster Weise zu vernachlässigen. Ich erwarte sowohl beruflich als auch privat, daß man mich auf solche Fehler hinweist, weil ich so dazulernen kann und überhaupt qualitativ einwandfreie Arbeit leisten möchte.

Wenn hier nur Lob erwünscht ist: "Ei fein, ein paar schöne bunte Bildchen hast Du da gemacht!"

Falls ihr keinen wissenschaftlichen Anspruch habt, könnt ihr euch ja gerne an den bunten Bildchen erfreuen und damit glücklich sein...

 

[El Dirko]

... Fehler sind in keinster Weise zu vernachlässigen. ....

Naja diese Aussage ist ja nun auch unwissenschaftlich, da jede Messung fehlerbehaftet ist und es selbstverständlich Fehler gibt die vernachlässigbar sind.
Deine Lösung ist ja schön und gut, nur stehen nicht jedem tolle Messgeräte zur Verfügung.

Kritisiert wird auch nicht Dein Hinweis sondern Deine etwas dekonstruktive Ausdrucksweise.

Um den bogen zurück zum Thema zu finden.
Hiltihome hat klar gestellt, dass er vor allem die Frequenz ablesen möchte. Es kann auch sein das sich die Frequenz mit dem Messaufbau hoch genau ermittel lässt, auch wenn der Kurvenverlauf nicht exakt ist. Mit Hilfe einer Lichtquelle mit bekannter Frequenz sollte sich das z.B. auch nachweisen lassen.
Ich fände schon interessant wie genau man die Frequenz so bestimmen kann, bin halt neugierig.

Gruss
El

 

[Hiltihome]

Warum bist du dir sicher das die Frequenz genau (wie genau eigentlich etwa) ermittelt wird bzw. wie verifizierst du das? ...

Hallo El Dirko,

Um die Richtigkeit der Anzeige zu prüfen, habe ich eine Wechselspannung von 1 Volt aus einem Experimentier Trafo eingespeist. Die Anzeige war 50,02 Hz und schwankte auf 49,98 Hz.
Die Messgenauigkeit hängt ansonsten von der Genauigkeit des Quarz Osszillators auf der Hauptplatine des PCs ab. Diese ist zwar nie super genau, aber für diesen Zweck mehr als gut.


Heinz

 

[El Dirko]

Um die Richtigkeit der Anzeige zu prüfen, habe ich eine Wechselspannung von 1 Volt aus einem Experimentier Trafo eingespeist. Die Anzeige war 50,02 Hz und schwankte auf 49,98 Hz.
Die Messgenauigkeit hängt ansonsten von der Genauigkeit des Quarz Osszillators auf der Hauptplatine des PCs ab. Diese ist zwar nie super genau, aber für diesen Zweck mehr als gut.

Danke das ist doch mal ne aussage die uns voran bringt. Dann könnte also nur noch dein "Solarmessfühler" Fehler einbringen. *oder *
Ich bin jetzt nicht so firm in Elektronik um sagen zu können ob der die Frequenz z.B. durch Trägheit dämpfen könnte.

Am sichersten wär es IMHO den gestammten Messaufbau mit einer Lichtquelle mit bekannter Frequenz zu testen. Ich überleg auch schon wo man sowas (haushaltsüblich) herbekommt.

Gruss
El

 

[Carnivor]

Naja diese Aussage ist ja nun auch unwissenschaftlich, da jede Messung fehlerbehaftet ist und es selbstverständlich Fehler gibt die vernachlässigbar sind.

Ich hatte übrigens geschrieben:

"Die durch den schlechten Meßaufbau verursachten Fehler sind in keinster Weise zu vernachlässigen."

Also wenn, dann zitiere mich nicht sinnverdrehend. Wie ich geschrieben habe, ging es um diese Fehler in dieser Messung und nicht um Meßfehler allgemein. Jedes Meßgerät hat Toleranzen und beeinflußt den Meßaufbau. Ein wahrer Meßwert ist eine philosophische Größe, das habe ich nicht angezweifelt.

Edit: Ich habe mir sogar die Mühe gemacht, PWM-Signale unterschiedlicher Frequenz mit verschiedenen Oszis nachzumessen und so meine Aussage zu überprüfen. Dafür habe ich ein Stunde meiner Arbeitszeit geopfert. Was daran destruktiv sein soll, kann ich beim besten Willen nicht feststellen...

 

[Ernst-R]

Am sichersten wär es IMHO den gestammten Messaufbau mit einer Lichtquelle mit bekannter Frequenz zu testen. Ich überleg auch schon wo man sowas (haushaltsüblich) herbekommt.

Normale Gluehbirne mit Wechselstrom aus der Steckdose? Ich hatte frueher einen Plattenspieler dessen Drehgeschwindigkeit man damit einstellen muesste: Der Drehtisch (oder wie der Teil heisst) hatte Streifen und bei der richtige Drehgeschwindigkeit war es bei Beleuchtung mit einer Gluehlampe als ob sie still standen.

Ernst

 

[El Dirko]

Auch durch schlechten Messaufbau verursachte Fehler sind häufig vernachlässigbar wenn man ihre Größe einschätzen kann.
Ich kritisierte vorsichtig Deine Ausdrucksweise und ausdrücklich nicht Deinen Hinweis oder Deine Arbeit.

El

 

[Carnivor]

Ok, tut mir Leid, wenn's destruktiv rübergekommen ist. So war's wirklich nicht gemeint, sonst hätte ich mir die Mühe mit eigenen Messungen nicht gemacht. Mich interessiert sowas eben auch...

@Ernst-R: Auch die Netzspannung hat nur ungefähr 50Hz. Die Frage ist, wie genau man die Frequenz benötigt. Ich denke, daß es bei einer Taschenlampe auf 5Hz mehr oder weniger nicht ankommen wird, da das Auge in diesem Bereich keinen Unterschied bemerken wird.

Mir ging es um den Spannungsverlauf, der sich erheblich vom Meßergebnis unterscheidet.