Wechselspannungs-Rechtecksignal in Atmega AD-Wandler

[PloechingerD]

Hallo,

ich erzeuge mit meinem Atmega168 eine Rechteckige Wechselspannung V(eff)=2,5V; f=1000 Hz; (PWM mit Kondensator in Reihe)
Damit werden zwei Elektroden gespeist, mit denen die Leitfähigkeit meines Aqariumwassers gemessen werden soll.
Wie kann ich dieses Signal sinnvoll in meinen AD-Wandler bekommen?
Strome im Bereich von I=1-5mA sind erwartet.
Danke

[PICture]

Hallo!

Beispielweise mit Strom/Spannung Wandler, am einfachsten Shunt. ;)

[Besserwessi]

Ein Strom von 1-5 mA wäre schon recht viel. Lieber die Spannung etwas reduzieren, deutlich unter 1 V, damit es weniger Elektrochemische Effekte an der Elektroden gibt. Die einfachste Lösung wäre eine Art Shunt gegen eine Hilfsspannung von 2,5 V (die Mitte des AD Bereichs). Das könnte z.B. eine Spannungsteiler mit 2 mal etwa 1 K Ohm zwischen GND und 5 V sein. Das entspricht einem Widerstand von 500 Ohm gegen 2,5 V. Durch den Widerstand hat man allerdings eine leicht nichtlineare Kennlinie zwischen Leitfähigkeit und der Spannung die der AD Wandler sieht.

[indeas]

Hallo,
hatte neulich das Problem (Hochohmig und dazu noch Wechselspannung).
Diese Lösung funzt recht gut:
https://www.roboternetz.de/community/threads/62414-Messung-der-Wasserqualit%C3%A4t

[PloechingerD]

Wenn ich die Spannung über dem Shunt Widerstand mit dem AD-Wandler messe
dann bekomme ich durch die Wechselspannung in einem Bereich den richtigen Wert und im invertierten Bereich den Wert 0
Wie könnte ich verhindern?

[indeas]

Poste mal Deine Schaltung.

[PICture]

Wie könnte ich verhindern?

Durch Messgleichrichter. ;)
GND
===
|
.-.
2R | |
| |
R '-' 2(Ku-1)R
___ | ___
+--|___|---+ +--|___|---+
| | | VCC |
| VCC | | + |
R | + | | |\| |
___ | |\| | +-|-\ |
>----|___|-+-|-\ | | >-->|-+---->
| >-->|-+-----|+/
+-|+/ |/|
| |/| -
.-. - VCC
| | VCC
R/2 | |
'-'
| R =10k
=== Ku=Spannungsverstärkung des Gleichrichters
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[PloechingerD]

Danke für die schnelle Antwort.
Zum Messgleichrichter hätte ich eine weitere Frage:
Bekomme ich durch die Dioden des Messgleichrichters ein verfälschtes Messergebnis? (Spannungsabfall an den DIoden?!)

[PICture]

Sicher nicht, weil dank den OPVs gleichrichtet es linear ab 0 V.

[Besserwessi]

Bei der Messung mit dem Shunt darf der Shunt nicht gegen 0 gehen, sondern gegen die Mitte des Messbereichs (z.B. 2,5 V). Dann bekommt man ohne Strom vom AD einen Wert von etwa 510 und bei positiven Strömen halt mehr und negativen Strömen weniger. So ähnlich ist das auch wenn man einen Transimpedanzwandler nehmen will - da kommt dann halt der + Eingang des OPs an 2,5 V und nicht GND.

Das mit den Messgleichrichter kann man machen, aber das kann sehr gut auch der µC in Software machen.

[PICture]

Genau, das ist vergleichbare Lösung für Softwarefreaks: hardwaremässig einfacher, aber softwaremässig komplizierter. ;)

[PloechingerD]

Ich habe das ganze jetzt Hardwaremässig umgesetzt, und es funktioniert erstaunlich gut. Danke für die Hilfe bisher!
Einen weiteren Punkt den ich gerne einbringen möchte ist das umschalten auf einen anderen Messbereich.
Geplant hätte ich dies über einen anderen Verstärkungsfaktor der Messgleichrichterschaltung.
Also das Umschalten auf einen anderen Widerstand.
Was wären hierzu eure Vorschläge?

[PICture]

Mit µC wäre es am einfachsten durch Umschaltung zu GND z.B. per Transistoren bzw. CMOS Schalter IC (40XXX66) den Widerständen 2R, die die Verstärkung vom rechten OPV festlegen.

[PloechingerD]

26835

also schematisch ein solcher aufbau
und den cmos schalter dann softwaretechnisch schalten lassen?

[PICture]

Ja, den Schalter kannst du mit I/O Pins schalten. Dein Schaltplan ist andere Variante, als ich gemeint habe, sollte aber auch genauso funktionieren. Bei folgender Lösung werden die CMOS Schalter gegen echter GND gesteuert, was theoretisch besser ist.

GND
===
|
+-----+--+--+-----+
.|-----|-----|-----|---.
|| | | | |
|o o o o |
|'\ '\ '\ '\ |
| \ \ \ \ |<- 4066
|o \ o \ o \ o \|
|| | | | |
'|-----|-----|-----|---'
| | | |
.-. .-. .-. .-.
| |R1 | |R2 | |R3 | |R4 R0
| | | | | | | | Ku = 1 + ----
'-' '-' '-' '-' R0 Rn
| | | | ___
+-----+-----+-----+--|___|---+
| |
| VCC |
| + |
| |\| |
+-|-\ |
| >-->|-+---->
----|+/
|/|
-
VCC

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[PloechingerD]

Ich habe jetzt mit einer Gleichspannungsquelle die Verstärkung meiner Messchaltung einmal auf Linearität untersucht.
Dabei habe ich festgestellt, dass die Verstärkung bei kleinen Eingangsspannungen (ca. 1-10mV) nicht linear bzw. konstant ist.
Woran kann das liegen? Meine Vermutung ist, dass es am OP liegt (MCP6002)

[PICture]

Es liegt an Verwendung von falschem OPV ("rail-2-rail") und fehlender nötiger negativer Versorgungspannung.

[PloechingerD]

Welches Bauteil wäre dann besser geeignet?

[PICture]

Je nach nötiger max. Amplitude und dafür entsprechenden + und - Versorgungspannungen, bloss kein "rail-2-rail".

[PloechingerD]

Die Ausgangswerte nach der Verstärkung sollen zwischen 0 und 5 V liegen.

[PICture]

Dann müssten die Versorgungsspannungen je nach OPV (ins Datenblatt schauen) um min. 1,5 V höher, also höher als ca. + und - 6,5 V sein.

[PloechingerD]

Kann ich den Op auch vernünftig mit Versorgung 0V und +6V betreiben?

[PICture]

Der von mir skizzierter Messgleichrichter funktioniert richtig NUR mit positiver und negativer Versorgungspannung. Über "den" mir unbekannten Op kann ich nix sagen.

[PloechingerD]

Okay, wenn ich positive und negative Versorgungsspannung brauche, wie kann ich diese am besten mit einem 9V Block erzeugen?

[PICture]

Am einfachsten mit zwei 9 V Blöcken, sonst eins und mit ICL7660 negative Spannung erzeugen, wie auf der 6. Seite von: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/intersil/fn3072.pdf . Bei der komplizierterer Lösung hält die Batterie ca. die Hälfte der Zeit. Man spart also kein Geld, bloss Platz.

[PloechingerD]

Ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen mit Gnd auf 4,5V ist keine brauchbare Lösung?

[PICture]

Eher nicht, weil es die Spannungen halbiert und eventuell den gesamten Stromverbrauch vergrössert.

[Besserwessi]

So unbedingt nötig ist die negative Spannung nicht, wenn man akzeptiert dass der Ausgang nur von etwa 50 mV los geht, und die Wechselspannung auch auf den DC Pegel bezogen ist. Der + Eingang des 1- OPs kommt dann auf dsa Ref. Potential.

Ansonsten ist der Rail-Rail OP auch keine so schlechte Wahl, es gibt aber halt auch bei der HW Lösung Grenzen. Eine extra neg. Versorgung (das muss nicht symmetrisch sein reicht) würde auch schon helfen. Nur der MCP600x geht nicht für mehr als 5,5 V gesamt, da wären also maximal -0,5 V möglich.