Gleichspannungsanpassung vor der Verstärkung

[FelixA]

Hallo Leute,
ich habe eine Frage. Ich möchte Gleichspannung weiter verarbeiten. Die Spannung kann von wenigen mV bis zu 300V gehen. Vor meinen Spannungs-Frequenz-Wandler (Eingangspannung 0-10V) habe ich zwei Operationsverstärker geschaltet, die mir sowohl verstärken als auch dämpfen können. (siehe Bild). v=2, v=1, v=0,5 (nur Beispiele)

Nun meine Frage. Wie kann ich die möglicherweise hohe Spannung vor meinen OPs "herunter knüppeln"? Denn z.B. 300V -> OP mit V = 1/30 -> SpannungsFrequenz Wandler

Bei Wechselspannungen schaltet man ja eine Kombination aus Parallelem R und C davor.. siehe Bild zwei. Aber was könnte man bei Gleichspannung machen.

Vielen Dank schon mal.

Felix




Bild hier  

Bild hier  

[ranke]

Meßverstärker, die ich mir bisher angeschaut habe, arbeiten eigentlich immer nach dem Prinzip, daß die Meßspannung durch einen Eingangsabschwächer (also Spannungsteiler) entsprechend verkleinert wird. Danach wird die Spannung durch den Eingangsverstärker mit bekannter Verstärkung wieder verstärkt und zur Anzeige gebracht. Der Eingangsspannungsteiler wird nicht ausschließlich aus Widerständen aufgebaut, sondern man verwendet man RC-Kombinationen (parallel geschaltet). Das macht man, weil der Eingang vom Verstärker auch kein reiner ohmscher Widerstand ist, sondern auch eine Eingangskapazität hat. Würde man den Spannungsteiler nur aus Widerständen aufbauen, dann wäre der Frequenzgang nicht linear. Im Fall von Gleichspannung kann man ohne Probleme auf die Kondensatoren verzichten und nur mit Widerständen (Spannungsteiler) abschwächen.
Man sollte zusätzlich darauf achten, den Eingang des Verstärkers vor zu hohen Spannungen zu schützen, wenn man z.B. den Eingangsabschwächer falsch bedient. Das kann man z.B. mit 2 Dioden, jeweils zu Masse und zur positiven Betriebsspannung machen.

[FelixA]

Danke schön. Ich glaube das hat mir bereits sehr geholfen. Ich löte mal deine Verbesserungen ein und schaue wie sich die Schaltung verhält.

Felix

PS: Wegen dem Spannungsteiler. Ich wollte ihn vermeiden, da sehr kleiner Signale (z.B. 10mV) ja noch kleiner werden. Wobei dies ja nicht so schlimm ist, denn der OP-Ampli. kann ja sehr stark verstärken. Es geht ja nur darum, hohe Spannungen abzufangen.

[ranke]

Wegen dem Spannungsteiler. Ich wollte ihn vermeiden, da sehr kleiner Signale (z.B. 10mV) ja noch kleiner werden. Wobei dies ja nicht so schlimm ist, denn der OP-Ampli. kann ja sehr stark verstärken. Es geht ja nur darum, hohe Spannungen abzufangen.

Der Gedanke ist schon richtig. Es erscheint widersinnig ein Signal erst abzuschwächen, um es dann wieder zu verstärken.
Zu stark abschwächen und dann sehr stark verstärken hat auch Grenzen, weil man ungewollte Fehler (Offsetspannungen, Rauschen) mit verstärkt.
Wenn der Meßumfang sehr groß ist, teilt man den gesamten Meßumfang des Geräts gerne in einzelne Meßbereiche ein. Man kann dann z.B. mit einem Drehknopf zwischen den verschiedenen Meßbereichen (Empfindlichkeiten) umschalten.
Elektrisch schaltet man dadurch am Eingangsspannungsteiler verschiedene Widerstände ein (während der Meßverstärker immer die gleiche Verstärkung hat).
Wie eng man die Meßbereiche staffelt, hängt auch von der Genauigkeit der nachfolgenden Anzeige ab. Bei Digitalmultimetern ist das Verhältnis zwischen 2 Meßbereichen häufig 1:10.
Bei Analogmultimetern wählt man engere Abstände (weil die analogen Instrumente die größte Genauigkeit am Skalenende haben), bei Oszilloskopen, die immer etwas ungenau abzulesen sind, hat man meist eine Stufung von 1:2, 1:5 und 1:10.

[kalledom]

Spannungen unterhalb der Schutz-Dioden-Spannung von 0,7 V müssen nicht weiter abgeschwächt werden; es könnte ja mit z.B. 199 mV die kleinste Eingangsspannung sein. Alles was darüber liegt, kann auf diese 199 mV per R- oder RC-Teiler reduziert werden.

[FelixA]

Danke!
Ich vermute fast, dass der Spannungsteiler die Lösung für alle Operationsverstärkungs-Faktoren ist ...

Ich versuche im Moment ein digitales Oszilloskop zu bauen und habe ein ähnliches Problem (jedoch zu Wechselspannung) gerade gepostet. Vielleicht könntest du mal reinschauen. "OP-Verstärker: Aplitudenabnahme bei Frequenzen <1kHz"

Vielen Dank für deine Hilfe.

Felix

[kalledom]

Es ist das übliche Verfahren, mit einem OpAmp eine Eingangsspannung z.B. 199 mV (für DigitalAnzeige) mit einem festen VerstärkungsFaktor auf die Anforderungen des Anzeige-Bausteins oder -Meßgerätes anzupassen.
Alle anderen Eingangsspannungen werden über in Reihe geschaltete Widerstände auf die 199 mV geteilt. Schutzdioden nicht vergessen.
Für kleinere Eingangsspannungen kann der Verstärkungsfaktor erhöht werden auf 10, 100, ...

[FelixA]

Karl-Heinz. Noch eine Kleinigkeit.

Ich denke das optimale Schaltbild sieht dann so aus (siehe Bild)
Bild hier  

Eine Feinheit noch. Wenn man den Wechselschalter an R2 setzt, dann ist immer, im Moment des umschaltens, kurz die Masseverbindung unterbrochen. Sehe ich es also richtig, dass man immer R1 schaltet sollte, um dieser Masseunterbrechung entgegen zu wirken? Der Eingang ist dann ja einfach kurz offen.

Felix

[kalledom]

Mein Schaltungsvorschlag:

PS: Jetzt brat mir einer einen Storch; wie habe ich denn da den Schalter angeschlossen ? Das gehört anders rum.

[FelixA]

Puhh. Meinst du der Schalter liegt zwischen R14 und R15? Es tud mir leid, aber ich komm noch nicht ganz mit.

Ich sehe das Signal liegt am invertierenden Eingang. Erreicht man durch das Weglassen der negativen Spannungsversorgung des OPs, dass aus V+(in) nicht -V+(in) wird?

Danke

Felix