ADC beschalten

[crowdy]

Moin Moin,

mich beschäftigt gerade folgendes, aber eigentlich ganz simples Problem. Nämlich möchte ich mit Hilfe eines 80C51er (AT89C51CC03er) eine Spannung messen, welche zwischen 10V und 15V liegt, dazu muss ich also diesen Spannungsbereich auf einen Bereich von 0V bis 3V für den ADC "ummuggeln". Eigentlich kein Problem dachte ich mir. Mein erster Gedanke war also ein Spannungsteiler, der allerdings ein paar Nachteile hat die mir nicht so passen.

Egal wie ich diesen Teiler dimensioniere, komme ich bestenfalls auf einen Spannungsbereich von 2V bis 3V. Der ADC hat eine Auflösung von 8bit. Da ich an den anderen analogen Eingängen ebenfalls eine Spannung messen möchte kann ich AGND leider nicht auf die 2V einstellen, was zur Folge hätte dass ich von den 256 Spannungsstufe ~171 verschenken würde, das Messergebnis also deutlich ungenauer wird
Ein weiterer Grund ist das leichte Schwankungen bei der zu messenden Eingangsspannung schon eine große Auswirkung haben und das Messergebnis also noch ungenauer wird, weshalb ich also die 3V möglichst voll ausnutzen möchte.

An eine einfachen Widerstand hatte ich auch schon gedacht, allerdings wüsste ich nicht wie ich diesen dimensionieren soll, da ich die Stromstärke nicht kenne.
Da ich mich mit Elektrotechnik nicht so doll auskenne 8-[ , könnte ich mir vorstellen, dass es für dieses Problem vielleicht eine ganz einfache Lösung mit einfachen Bauteilen gibt.

Ich hoffe, dass das Problem so einigermaßen klar geworden ist und bin für Tipps und Hinweise sehr dankbar.

MFG

[BMS]

Hallo,

da würde ich dir einen sog. Differenzverstärker empfehlen:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02101531.gif
Quelle: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02101531.gif
Der subtrahiert die Spannungen an den Eingängen, d.h. Ausgangsspannung=E2-E1.
An den E1-Eingang legst du 10V an. An den E2-Eingang dein zu messendes Signal.
Am Ausgang des Operationsverstärkers liegt dann dein Signal abzüglich den 10V an, also nur noch 0 bis 5V.
Das kannst du dann noch mit einem Spannungsteiler auf 3V runterteilen.

Welche Spannungsversorgung(en) hast du? Der Operationsverstärker bräuchte mindestens 15V/2=7,5V.

Die Widerstände in der oberen Schaltung müssen alle gleich sein (z.B. alle 10kOhm). Verwende Metallfilmwiderstände mit 1%, dann wird's genau.

Es gibt auch Mikrocontroller mit 10 Bit Auflösung (oder noch mehr Bit) an den Analogeingängen!

Grüße,
Bernhard

[crowdy]

Super! Vielen Dank, dass hilft mir sehr weiter!

Eine Versorgungsspannung von 7,5V ließe sich einrichten, aber wie kommst du gerade auf 15/2V, hattest du da an einen bestimmten OpAmp gedacht?

Ich habe es zum probieren mal mit einem LM358 aufm Steckbrett aufgebaut mit einer Versorgungsspannug von 13,8V, das hat schon einigermaßen gut funktioniert, nur werde ich es im Zielsystem dann sicherlich mit weniger als 13,8V betreiben.

Vielen Dank nochmal!

[BMS]

Hallo,

auf die 7,5V bin ich so gekommen: Du legst an E2 deine 15V an. Da R3 und R4 gleich groß sind, liegt am positiven Eingang des OpAmps gerade die halbe Spannung davon an 15V/2=7,5V. Die Spannungen an den Eingängen des OpAmps müssen innerhalb seiner Betriebsspannung liegen, damit das funktioniert. Sehr gute Rail-To-Rail-OpAmps könnten hier schon mit 7,5V auskommen.
Manche OpAmps können aber mit Spannungen an den Eingängen, die sehr nah an ihrer oberen Betriebsspannung liegen, nicht ganz klar kommen. Würde deswegen eher zu einer Betriebsspannung von 9V und mehr raten, der genaue Wert ist egal.
Welchen Innenwiderstand hat dein zu messendes Signal? Durch R3 und R4 wird dein Signal ja belastet, könnte Messfehler geben. Falls es etwas hochohmiger sein sollte, kannst du noch einen Impedanzwandler zwischen Sensorsignal und Differenzverstärker schalten:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02101512.gif
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02101512.gif
Würde sich anbieten, da im LM358 sowieso 2 OpAmps drin sind.

Grüße,
Bernhard

[Besserwessi]

Mit alles gleich Widerständen und entsprechen einer Verstärkung von 1 kommt man nicht ganz hin. Um von 5 V Differenz auf 3 V zu kommt müßte die Verstärkung bei 3/5 liegen. Als maximale Spannung hat man dann nur noch 3/8 der 15 V also gut 5,6 V.

[crowdy]

Hi,
ok, das habe ich verstanden. Also der Innenwiderstand des Signals beträgt 35 kOhm, gilt das schon als hochohmig?

@Besserwessi. Mit einer Verstärkung von 3/5 wäre das dann aber ohne einem Spannungsteiler hinter dem OpAmp, oder?

mfg

[Jakob L.]

Den Innenwiderstand des Signals sollte klein gegenüber R3 sein. Bei 35 kOhm müsste die Schaltung schon recht hochohming aufgebaut werden, damit es da keine Beeinflussung gibt. Falls das Signal einen genau bekannten, rein Ohm'schen Innenwiderstand hat, dann kann man auch einfach R3 entsprechend kleiner machen. Ansonsten würde ich doch lieber einen Spannungsfolger dazwischenschalten. Ein 2-Fach OPV kostet ja kaum mehr als ein einziger OPV.

[crowdy]

Hey,
leider muss ich diesen Thread nochmal aufwärmen. Ich habe jetzt also die Schaltung wie besprochen mit Spannungsfolger aufgebaut und sie funktioniert auch gut, allerdings nur bis zu einer Spannung an Ue bis 12,5V. Als Versorgungsspannung liegen nun 13,8V an weswegen, der Opamp wohl auch nicht höher kommt. Das Problem liegt also beim Impedanzwandler, der wohl eine höhere Versorgungsspannung benötigen würde wenn der Messbereich von 10..15V eingehalten werden soll. Allerdings ist keine höhere Spannungsversorgung möglich.

Kennt Ihr noch andere Möglichkeiten der Impedanzwandlung? Oder womöglich eine Trick wie man das Problem ohne höhere Spannungsversorgung lösen könnte?

mfg

[Besserwessi]

Wenn man höhere Spannungen messen will, als die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung nimmt man halt einen Spannungsteiler vor dem OP, oder halt gleich den Differenzverstärker, nur dann mit hohen Widerstandswerten.

[crowdy]

Hi,
danke für die schnelle Antwort, besserwessi! Ich überlege jetzt die Widerstände R1=R3=50K und R2=R4=27K einzusetzen, ohne Impedanzwandler vorneweg. Dann ist die Verstärkung nicht mehr 1, aber das ist beabsichtigt. Ich kann halt nur mangels Erfahrung schwer einschätzen, ob das hochohmig genug ist um das zu messende Signal nicht zu beeinflussen. Außerdem habe ich den Innenwiderstand des Signal zwar gemessen, was genau diesen Widerstand verursacht und wie die restliche Schaltung genauer aussieht weiß ich aber nicht, deshalb gefiel mir der Impedanzwandler auch so gut... naja... schön nabend noch

[Besserwessi]

Bei den genannten 35 kOhm Innenwiderrstand der Quelle sollten die Widerstände viel größer werden. Bei einem passenden OP (kein LM358, sondern z.B. TLC272) können das auch z.B. 5000 K und 2700 K werden.

[crowdy]

Hi, danke, werde die Schaltung jetzt erstmal mit 4,7M und 8,7M aufbauen und testen

mfg