Überspannungsschutz +/-10V

[Z-Diode (Gast)]

Ich möchte ein Datenerfassungsgerät vor Überspannung schützen. Die max. 
Eingangsspannung beträgt +/-10V, allerdings kann durch eine falsche 
Bedienung auch deutlich höhere Spannungen (bis 40V) anliegen.
Nun bin ich auf der Suche nach einem geeignetem Überspannungsschutz. Das 
ganze würde ich gerne mit Z-Dioden realisieren (2 Z-Dioden in Reihe).

In einem anderen Beitrag habe ich gelesen, dass ich die Dioden auch 
direkt am invertierenden Verstärker parallel zum Rückkopplungswiderstand 
verwenden kann (siehe Bild). Leider verstehe ich nicht, wie die Z-Dioden 
meine nachfolgende Schaltung schützen können.... kann mit das bitte 
jemand erklären? hab leider noch nicht soviel erfahrung mit z-Dioden und 
Spannungsbegrenzung.

Vielen dank schonmal!

[oszi40 (Gast)]

Überlege: Wenn R1 zu klein ist:

a) aus Z-Dioden kurzzeitig Leuchtdioden machen ?
oder
b) einen Trafobrand im AKW Krümmel verursachen ??

[Z-Diode (Gast)]

was? verstehe ich leider nicht....

kann mir bitte jemand helfen??

Grüße Claudi

[Hc Z. (mizch)]

Die gezeigte Spannung ist geeignet, die Ausgangsspannung des OpAmp zu 
begrenzen.  Die Funktion ist einfach: Erreicht die Ausgangsspannung den 
Betrag (Zenerspannung + 0,7V), wird der Gegenkopplungswiderstand 
praktisch 0.  Die Spannung kann nicht weiter steigen bzw. fallen und die 
nachfolgende Schaltung ist geschützt.

Willst Du den Eingang des OpAmp schützen (scheint mir nach der 
Beschreibung wahrscheinlicher), machst Du die Serienschaltung der 
Zenerdioden direkt an dessen Eingang gegen Masse.  (Jedenfalls solange 
deren Kapazität nicht weh tut.)

[oszi40 (Gast)]

Wenn Dein OPV nur wenige Volt verträgt und Dein VORwiderstand R1 zu 
klein bemessen ist, wird Du bald Elektronikschrott haben bei 40V am 
Eingang.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen
Einfach erklärt 
http://homepages.internet.lu/absolute3/tronic/opdiscr.htm

[Z-Diode (Gast)]

Vielen Dank für eure Hilfe!

ich werde die Schaltung jetzt wahrscheinlich so so realisieren, wie auf 
dem Bild.
Für die Z-Dioden hab ich mir bei Reichelt welche mit Uz=9,1V (Izmax 
=135mA, Ptot 1,3W) rausgesucht.

Wenn ich jetzt von Ue=40V ausgehe, fallen an meinem Widerstand 30,2V ab 
(40V-9,1V-0,7V). Den Widerstandswert kann ich jetzt doch einfach mit 
R=U/I berechnen (30,2V/135mA). Als Ergebnis kommt hier 23O Ohm raus. So 
gehen meine Dioden nicht kaputt!! Allerdings hab ich dann am Widerstand 
eine Leistung von 4 Watt. Da dieser Wert etwas hoch ist, hab ich mir 
gedacht, einen 20kOhm Widerstand zu nehmen. Dann hab ich nur noch einen 
Strom von 1,5mA und eine Leistung von 0,045W...

kann ich das so machen? sind meine Überlegungen richtig oder mache ich 
einen Denkfehler??

Viele Grüße
Claudi

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

> Ich möchte ein Datenerfassungsgerät vor Überspannung schützen.
Wozu dann der ganze Aufwand mit dem OP-Amp?
Sollte da nicht ein Widerstand und die beiden Z-Dioden reichen?

Welchen Eingangswiderstand hat dein Datenerfassungsgerät?

[Z-Diode (Gast)]

Ohne Operationsverstäker wollte ich es zuerst auch machen, aber um 
hochfrequente Störungen rauszufiltern, soll ich ein Kondensator im 
Rückkopplungszweig verwendet.

Eingangswiderstand vom Datenerfassungsgerät ist ">10 GΩ in parallel
with 100 pF"

passt das so mit dem Widerstand??

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

> um hochfrequente Störungen rauszufiltern, soll ich ein Kondensator
> im Rückkopplungszweig verwendet.
Um mit einem OP-Amp hochfrequente Störungen aktiv auszufiltern muß die 
Grenzfrequenz (Unitiy-Gain/Verstärkung) des Verstärkers höher sein als 
die zu unterdrückende Störfrequenz. Wenn der Opamp zu langsam ist, kann 
er nicht mehr gegensteuern und die Störung geht einfach über den 
Gegenkopplungs-Kondensator auf den Ausgang. Fazit: man kann mit einem 
langsamen OP-Amp keinen schnellen Filter bauen.
Da lügen sich einige gern selber was in die Tasche...

Machs doch so wie "üblich" mit einem passiven Tiefpass:

    ____10k           100n
---|____|---o----------o-----> 
            |          |
           ---         |
           \ / 10V     |
           ---´        |
            |          |
          ,---         |
           / \ 10V    ===
           ---         |
            |          |
--- GND ----o----------o----

Ein wenig aufzupassen gilt es mit den Leckströmen der Z-Dioden...
Aber die hast du in der OP-Schaltung auch zu breücksichtigen.

[Lafuter Z. (lafuter)]

Wozu beim invertierenden Verstärker überhaupt Z-Dioden? Der 
Minus-Eingang des OPVs hängt an einer virtuellen Masse.

Also einfach zwei Feld-Wald-Wiesen-Dioden antiparallel zwischen Minus- 
und Plus-Eingang bzw. Masse. Fertig ist der Lack.

Leckströme interessieren auch nicht, da die Spannungsdifferenz zwischen 
den beiden OPV-Eingängen im aktiven Bereich gleich Null ist...

[Z-Diode (Gast)]

Vielen Dank für die Anregungen und Hilfen!!

Trotzdem würde ich noch gern wissen, ob das so mit dem Widerstand passt, 
wie ich es oben beschrieben habe...

[oszi40 (Gast)]

R20 theoretisch eventuell, aber ich weiß nicht, wie stabil Deine Masse 
ist.
Ein OPV-Ausgang als "virtuelle Masse" wäre z.B. nicht günstig!

Ob OPV-Eingangswiderstand und Frequenzgang ausreichend sind, sollte das 
jeweilige Datenblatt verraten.

Entscheiden könnte auch der Aufbau.

[Z-Diode (Gast)]

jetzt hab ich doch noch eine Frage....

wie kann ich mit einer LED anzeigen, dass eine Überspannung anliegt und 
die Z-Dioden "aktiv" sind. Muss ich da einen Komparator verwenden oder 
geht das auch anders?

Grüße Claudi

[oszi40 (Gast)]

Es gibt >3 Möglichkeiten
-hochohmiges Multimeter/ Oszi anschließen und mal kurz nachsehen
-evtl. LED zu den Z-Dioden verschalten (schlechter)
-Fensterdiskriminator für zulässigen Bereich steuert LED

Frage bei der ganzen Geschichte ist wie der Eingangswiderstand von 
Deinem zusätzlichem Klimbim wird. Im schlechtesten Fall kannst Du die 
Überspnnung gefahrlos bix xxx Volt anzeigen aber die eigentliche 
Schaltung funktioniert nicht mehr.

[Z-Diode (Gast)]

Gibt es nicht zufällig ein 10V Vergleicher Baustein, ab besten noch 
einer mit LED anzeige ;)