Hallo allerseits,

hab da ein kleines Problem und mich interessiert mal, wie ihr das lösen
würdet.

Ich hab hier ein USB-Messmodul mit dem ich Spannungen bis zu 10 V messen
kann. Nun kommt es ja vor, dass man auch mal Spannungen messen mag,
welche größer als 10 V sind. Es gibt nun natürlich verschieden
Möglichkeiten den Messbereich anzupassen.

1. Mittels ohmischen Spannungsteiler. Dabei hab ich aber ein schlechtes
Bauchgefühl da es ja entweder hoher Eingangswiderstand und hoher
Ausgangswiderstand bedeutet oder niedriger Eingangswiderstand und
niedriger Ausgangswiderstand

2. Mittels Operationsverstärker: Da fiel mir so auf Anhieb der
Invetierende Verstärker ein. Vorteile sind halt hoher Eingangswiderstand
(je wie man den Widerstand am Eingang wählt) sowie niedriger
Ausgangswiderstand (Ausgang verhält sich wie eine Spannungsuelle).

Idee zwei hab ich derzeit umgesetzt mit einem 10 MOhm Widerstand am
Eingang sowie einem 2 MOhm Widerstand am Ausgang sodass ich nun maximal
50 V messen kann. Funktioniert soweit auch ganz gut nur frag ich mich
grade, obs nicht noch was besseres gibt. Mit Mikrokontrollern hab ich ja
sowas von keine Ahnung, könnte mir aber vorstellen, dass es da auch
interessante Lösungen gibt.

Das Klassiker: Hochohmiger Spannungsteiler vorne und nichtinvertierender
OPV dahinter. Der Vorteil: er invertiert nicht.

Wäre auch eine Idee, braucht aber mehr Bauteile als der invertierende
OPV. Ich hab den invertierenden OPV ja aufgebaut und von meiner
Testspannung leg ich den positiven Anschluss an Masse und die Masse an
den Eingang. Damit hab ich quasi eine negative Eingangsspannung und
bekomme am Ausgang eine positive Spannung.

Mike wrote:

> Wäre auch eine Idee, braucht aber mehr Bauteile als der invertierende
> OPV.

Der invertierende braucht 1xOPV und 2xR. Der nicht-invertierende braucht
1xOPV und 2xR - der OPV arbeitet dabei als Impendanzwandler ohne R.

Wo ist da also der Unterschied im Aufwand?

> bekomme am Ausgang eine positive Spannung.

Jo, wenn du GND derart frei wählen kannst spricht nichts dagegen.

>Wo ist da also der Unterschied im Aufwand?

Ich muss dann noch den hochohmigen Spannungsteiler davor schalten,
schätzungsweise sind das mindestens 2 Widerstände mehr.

Bei GND bin ich sehr frei in der Wahl da ja die zu messende Spannung nix
mit der Verstärkerschaltung zu tun haben wird außer, dass sie halt
"verstärkt" wird.

"Verstärkt" ist hier natürlich mit Vorsicht zu genießen, eigentlich
müsste man "abschwächen" oder sowas in der Richtung sagen, da ich ja aus
50 V 10 V machen will und damit eine Verstärkung kleiner 1 benötige
(hier V = 1/5).

Normaler weise hat ein Messgerate einen definierten Eingangswiderstand.
Da brauchts normalerweise noch nicht einmal einen Spannungsteiler
sondern nur einen Vorwiderstand.  Mal angenommen dein USB Modul hat
1MOhm und hat einen Bereich von 0 .. 10V . Schalte 4MOhm davor und der
Bereich erweitert sich auf 50V.

Gruss Helmi

Mike wrote:

> Ich muss dann noch den hochohmigen Spannungsteiler davor schalten,
> schätzungsweise sind das mindestens 2 Widerstände mehr.

Die 2 sind mir bekannt. Wo sind die anderen beiden? Ein OPV als
Spannungsfolger hat 0 Widerstände.

Mir ist es auf der Heimfahrt gekommen was du gemeint haben könntest.
Habe vorhin noch an den Nichtinvertierenden Verstärker gedacht mit
seinen zwei Widerständen. Da hab ich wieder komplizierter gedacht als
ich wollte.

Nur einen Widerstand davor schalten ginge natürlich auch aber was, wenn
mal eine höhere Spannung anliegt als vorgesehen? Bei einem OPV hab ich
halt den Vorteil, dass ich die Spannung für das USB-Modul begrenzen kann
durch die Versorgungsspannung des OPV. Da brauch ich keine Angst haben
wenn auch mal 100 V anliegen, beim Spannungsteiler wäre das zumindest
der Tod des verwendeten Kanals. Das ist halt so mein Hauptgrund für mein
schlechtes Bauchgefühl.

Natürlich ist eine zu hohe Spannung auch beim Spannungsfolger eventuell
problematisch, die halten ja auch net jede Spannung am Eingang aus. Der
invertierende hat hier ja ebenfalls den Vorteil, dass die Eingänge quasi
auf Masse liegen. Das war u.a. ein Grund warum ich mich dafür entschied.
Aber ich hab das bisher noch nicht getestet, weis also nicht ob das
wirklich was bringt.

Noch eine Frage zum hinterherschieben: Wie siehts denn mit dem Fehler
aus? Beim ohmischen Spannungteiler hab ich lediglich den Fehler der
Widerstände. Wie siehts in Verbindung mit OPVs aus? Die Offsetspannung
spielt wahrscheinlich eine Rolle aber wenn ich einen OPV mit niedriger
Offsetspannung wähle (z.B. OP07 hab ich derzeit eingesetzt) dürfte das
kaum noch auffallen, oder?

Die Offsetspannung ist beim OP07 mit seinen 30µV kaum relevant, der
Eingangssstrom hingegen könnte bei der sehr hochohmigem Auslegung schon
eine Rolle spielen: 10MOhm * 1nA = 10mV. Andere OPVs mit höherer
Offsetspannung aber MOSFET-Eingängen sind in diesem Fall besser.

>Der invertierende hat hier ja ebenfalls den Vorteil, dass die Eingänge quasi auf
Masse liegen.

Aber auch nur solange er selber Betriebsspannung hat.

Beim Spannungsteiler wuerde ich dir als Schutz 2 Zenerdioden mit in
Reihe liegenden Sperrschicht-FETS die als Diode geschaltet sind
vorschlagen. Die FETs um einen niederigen Leckstrom zu bekommen und die
Z-Diode fuer die Begrenzungsspannung.


----R-----+------------+------+-------
          |            |      |
          | G         D|S     |
         FET          FET     |
         D| S         G|      R
         Z-Diode      Z-Diode |
          |            |      |
----------+------------+------+------

Gruss Helmi

Hm..also der OP07 hat ja weniger als 10 nA Eingangsoffsetstrom. Ich wähl
mal 10 nA weil sich damit leicht rechnen lässt: 10 MOhm * 10 nA = 100
mV. Das auf den Messbereich bezogen macht eine Abweichung von 0.2 %.
Damit kann ich selbst bei dieser hochohmigen Auslegung prima Leben. Die
Fehler der Widerstände kommt da noch hinzu aber selbst das genügt mir
dann noch locker. Von daher seh ich derzeit kein Problem.

Helmi:

Eine interessante Idee. Hab noch nie drüber nachgedacht, J-FETs als
Dioden zu schalten. Werd ich mir mal anschaun.