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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Diodenschutzbeschaltung


Autor: joda (Gast)
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Hallo schaut euch bitte mal das Bild an das ich angefügt habe und sagt 
mir ob diese Schutzbeschaltung  für einen µC eingang was nützt.

Eingangsspannung OPs 10V
Ausgangsspannung OPs 5V


Meine Theorie:

Wenn das OP Ausgangssignal größer gleich 5,7V beträgt wird die 
Durchlassspannung Uf überschritten und die Überspannung wird abgeleitet.

Die obere Diode ist für possitive Ausgangssignale.
Die untere für neg. Ausgangssignale.

stimmt das so?

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
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Und wo fällt die Spannung ab, die der Opamp liefert? Die Dioden klemmen 
auf 5V/Gnd. Ich würde da noch einen Längswiderstand spendieren.

Autor: joda (Gast)
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so?

Autor: oszi40 (Gast)
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-Wäre noch zu klären, wieviel Strom der OPV an den neuen Längswiderstand 
liefert oder ob er doch ins Schwitzen kommt durch die Anschlagdioden.

-Wieso ist der OPV-Eingang nicht schützenswert ?

Wenn er nicht geschützt werden kann, wäre evtl. ein wartungsfreundlicher 
Sockel zu überlegen ?

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
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Nein, das wäre ein Querwiderstand. Längswiderstand meint, dass er im 
Signalzweig liegt.

Autor: joda (Gast)
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das würde aber doch meine Verstärkung beeinträchtigen oder?

Autor: MaWin (Gast)
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Die Didoen sind im uC schonn drin.
Du musst nur verhindern, daß zu viel Strom über diese Dioden fliessen 
kann.
Normale Operationsverstärker liefern kaum mehr als 20mA, das hält ein 
uC-Eingang aus.
Trotzdem ist es natürlich Unfug, in solchen Fällen die Stromaufnahme 
massiv ansteigen zu lassen, weil er in die Kurzschlussbegrenzung läuft. 
Man könnte den Strom verringer, in dem an den OpAmp-Ausgang ein 
Widerstand kommt, die meisten Analogeingänge von uC verkraften 10k. Dann 
fliesst maximal noch 1mA.
Man sollte aber vorher anstezn:
Warum überhaupt 10V für den OpAmp, tut es kein TS912 der mit 0V/5V 
versorgt wird ?
Warum überhaupt OpAmps, deine Schaltung ist ja eher ein 
Spannungsreduzierer als Verstärker, und produziert negative Spannungen 
zwischen den beiden OpAms, was bedeutet, daß diese OpAmps auch mit 
negativer Versorgungsspannung versorgt werden müssen.

Ich halte deine Schaltung für Unfug, das Problem lässt sich sicher 
einfacher lösen, und käme dann mit einem 5V OpAmp aus, so daß jeder 
Schutz des uC-Eingangs entfällt.

Autor: joda (Gast)
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hallo marvin steht das im Datenblatt des µC das das so geschützt ist? 
wenn ja welche seite? habe atmega32

gruß

Autor: MaWin (Gast)
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Seite 248, DC-Current per I/O Pin 40mA, und im OpAmp Daetnblatt sollte 
der Kurzschlussstrom halt niedriger sein, beim LM324 in beiden output 
characteristics Diagrammen nur um 30mA, allerdings typisch.

Dennoch wie gesagt ist die Schaltung Unfug.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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MaWin schrieb:
> DC-Current per I/O Pin 40mA

...das gilt aber nur beim Betrieb als Ausgang.

Ich hatte auch mal das Problem herausfinden und dokumentieren zu müssen, 
wie hoch bei den AVRs der Strom über die Schutzdioden sein darf und 
wurde in den Datenblättern nicht fündig. Auf hartnäckiges Nachbohren 
wurde ich dann auf die Application Note AVR182 verwiesen, in der es 
heißt:

"It is not recommended that the clamping diodes are conducting more than 
maximum 1 mA".

Autor: Flo (Gast)
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10 kOhm in Serie und die Eingänge halten bis zu 15 Volt aus :-D
Ist ne quick and dirty-Lösung aber es funktioniert.

Hab mit nem 10 MegOhm auch schon 320 Volt (Spitze Netzspannung) für ne 
Nulldurchgangserkennung direkt an nen I/O angeschlossen, wird sogar in 
ner Application Note von AVR so vorgemacht ;-)

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...ja genau: app. note AVR-182

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Hab mit nem 10 MegOhm auch schon 320 Volt (Spitze Netzspannung) für ne
>Nulldurchgangserkennung direkt an nen I/O angeschlossen, wird sogar in
>ner Application Note von AVR so vorgemacht ;-)

Ja, diese unsägliche Application Note gehört verboten. Ein Tiefpunkt der 
Amateur-Elektronik...

Kai Klaas

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Ja, diese unsägliche Application Note gehört verboten. Ein Tiefpunkt der
>Amateur-Elektronik...

Gleichlautende AppNotes kenne ich auch für STxyz-Controller.

MfG Spess

Autor: Thilo M. (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
>>Hab mit nem 10 MegOhm auch schon 320 Volt (Spitze Netzspannung) für ne
>>Nulldurchgangserkennung direkt an nen I/O angeschlossen, wird sogar in
>>ner Application Note von AVR so vorgemacht ;-)
>
> Ja, diese unsägliche Application Note gehört verboten. Ein Tiefpunkt der
> Amateur-Elektronik...
>
> Kai Klaas

Das geht prinzipiell schon.
Es muss nur peinlichst auf

- Spannungsfestigkeit der Widerstände
- räumlich optimierten Aufbau der Schaltung
- peinliche Sauberkeit (Reinigung mit Isopropanol)
- keine evtl. auslaufenden Elkos (gut leitendes Elektrolyt) in der Nähe

usw. geachtet werden.
Sonst kommt es schnell zu Überschlägen und damit dem Tod der Schaltung

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...am besten nach der Reinigung mit einem unbrennbaren, isolierenden 
Schutzlack überziehen.

> Sonst kommt es schnell zu Überschlägen und damit dem Tod der Schaltung
...oder des Users...

Autor: Jens G. (jensig)
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Wäre es evtl. nicht sinnvoller, einfach die OPV's mit 5V zu betreiben? 
Dann brauchste nix schützen vorm µC. Schützenswert wäre dann nur noch 
der OPV1. Da könnte man die Clampingdioden direkt am inv. Eingang 
machen, wobei der Eingangsserien-R gleich als Strombegrenzung sinnvoll 
mißbraucht wird.

Autor: MaWin (Gast)
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> ...das gilt aber nur beim Betrieb als Ausgang.

Nein, so viel liefert der gar nicht, der schnürt vorher ab, also kann 
nur der Strom gemeint sein, der reinfliesst.

> "It is not recommended that the clamping diodes are conducting more than
maximum 1 mA".

Ja, in dieser Schaltung dieser AppNote, dort wird aber auch erwähnt, daß 
die Schaltung immer noch gegen Überspannungsspikes sicher ist, bei denen 
dann ja entsprechend mehr Strom fliesst.

> Ja, diese unsägliche Application Note gehört verboten. Ein Tiefpunkt der
> Amateur-Elektronik...

Nein, sauberes Design. Mehr Aufwand macht es nicht besser.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Nein, sauberes Design. Mehr Aufwand macht es nicht besser.

Muahhhhaaahhhhaaaahhhhhaaaahhhhhhh....

So euphorisch klingen ja nicht mal die Autoren selbst. Ich zitiere aus:

http://www.avrfreaks.net/modules/FreaksFiles/files...

>The series input resistor is a 1 MΩ resistor. It is not recommended that
>the clamping diodes are conducting more than maximum 1 mA and 1 MΩ will
>then allow a maximum voltage of approximately 1,000V.
>Any voltage higher than 1,000V would probably be spikes or surges. The
>clamping diodes are able to handle spikes for a short period of time but
>not surges. The application note will not go into how to protect against
>surges, but simply recommend implementing protection against surges in
>the design.

Damit geben die Autoren ja ganz unverhohlen zu, daß ihre Schaltung 
"Surges" gar nicht aushält! Und was man machen muß, damit die Schaltung 
das tut, will man nicht verraten.

Der letzte Satz ist blanker Zynismus, vor allem, wenn man sich mit 
diesem Artikel an Hobby-Bastler wendet, die in aller Regel nicht wissen, 
wie man mit Netzspannnung angemessen umgeht.

Nur zur Erinnerung, kurzzeitige Überspannungen bis 6kV sind im Netz 
überhaupt keine Seltenheit. Das halten aber nur Spezialwiderstände aus, 
wie beispielsweise der VR25 von Vishay, am besten zwei in Serie. Und 
selbstverständlich läßt man diese Spikes auch nicht direkt in die 
Schutzschaltung des Mikrocontrollers hineinfließen, sondern macht sie 
über separate Schutzdioden unschädlich. Nicht etwa, weil die eingebauten 
Dioden die Ströme nicht könnten, sondern weil der hochohmige Widerstand 
und das entsprechende Layout genügend Streukapazität bereit hält, um 
ungesunde Spikes direkt aus dem Netz in den Mikrocontroller zu schießen.

Kai Klaas

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