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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Audiosignal -> ADC


Autor: Sam .. (sam1994)
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Hi

Ich habe schon viele Schaltungen im Netz gesehen, aber die haben alle so 
viele Bauteile und OPVs. Könnte man das nicht einfach so machen:

                            |--1k--5V
                            |
                       1µF  |
Audiosignal (+-15V) ---||---|------ADC
                            |
                            |
                            |--1k--GND

Woher weiß man eigentlich welche Werte man da einsetzt (meine sind 
geschätzt), gibt es da irgendwelche Formeln?

Könnte man es für einen VU-Meter auch so machen?

IN----|>|------2k----ADC----1k---GND

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Samuel K. schrieb:
> Könnte man das nicht einfach so machen:
> Audiosignal (+-15V) ---||---|------ADC
Nur, wenn der ADC tatsächlich auch mit +-15V zurechtkommt... :-o

> Könnte man es für einen VU-Meter auch so machen?
Das könnte man aber auch gut in SW lösen...

Autor: Sam .. (sam1994)
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Lothar Miller schrieb:
> Nur, wenn der ADC tatsächlich auch mit +-15V zurechtkommt... :-o

Das habe ich vermutet. Dann muss man also noch die untere dahinter 
hängen. Könnte ich das so machen, ohne das der ADC mir um die Ohren 
fliegt?

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Samuel K. schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Nur, wenn der ADC tatsächlich auch mit +-15V zurechtkommt... :-o
>
> Das habe ich vermutet. Dann muss man also noch die untere dahinter
> hängen. Könnte ich das so machen, ohne das der ADC mir um die Ohren
> fliegt?

Schalte dem C noch einen entsprechend großen R in Reihe, dann ist auch 
dieses Problem gelöst.

Autor: Sam .. (sam1994)
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Luk4s K. schrieb:
> Schalte dem C noch einen entsprechend großen R in Reihe, dann ist auch
> dieses Problem gelöst.

Wie berechne ich diesen R? Ich dachte dafür muss man einen 
Spannungsteiler nehmen?

Autor: John Drake (Gast)
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Samuel K. schrieb:
> Wie berechne ich diesen R? Ich dachte dafür muss man einen
> Spannungsteiler nehmen?

Hast du dann ja eh. Ersetze die 2mal 1kOhm gedanklich durch 500Ohm nach 
2.5V, und du hast einen simplen Spannungsteiler (R, 500Ohm)...

Autor: Carsten Sch. (dg3ycs)
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Hi,

Samuel K. schrieb:
> Luk4s K. schrieb:
>> Schalte dem C noch einen entsprechend großen R in Reihe, dann ist auch
>> dieses Problem gelöst.
>
> Wie berechne ich diesen R? Ich dachte dafür muss man einen
> Spannungsteiler nehmen?

JA, die Spannung setzt du nur mit einem Spannungsteiler runter!
Aber:
Zeichne dir doch mal das Kleinsignalersatzschaltbild mit einem R hinter 
dem C! (=Denke dir den Zweig mit dem Audiosignal als positiven 
Spannungszweig und +5V & GND als Kurzschluss. Dann zeichne den 
Strompfad.
Dann sollte dir ein Licht aufgehen! ;-)

Gruß
Carsten

Autor: Michael (Gast)
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Samuel K. schrieb:
> Ich habe schon viele Schaltungen im Netz gesehen, aber die haben alle so
> viele Bauteile und OPVs. Könnte man das nicht einfach so machen

Nein, so könnte man es nicht machen sofern der ADC nicht 15V verträgt 
was sehr wahrscheinlich ist. Spannungsteiler ist hier des Rätsels 
Lösung. Man kanns auch mit OPV machen wenn man lustig ist (OPV hat den 
Vorteil des hohen Eingangswiderstands ;))

Autor: Carsten Sch. (dg3ycs)
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HHHMM,
war ich wohl zu spät, JOHN DRAKE war schneller...

Dafür aber hier mal die Lösung zu meinem und Johns Beitrag:
Beim Kleinsignalersatzschaltbild werden Strom- und Spannungsquellen 
immer nur als Widerstand mit der größe des Innenwiderstandes betrachtet. 
In vereinfachter Form ist dieser bei Spannungsquellen Null.
Somit kannst du die beiden 1K im Gedanken Paralell schalten!

somit ergibt sich:


                    1µF
Audiosignal (+-15V)--||--R---|
                             |
                             |
                             |
                            -|--ADC
                             |
                             |
                             |--1k--|
                             |--1k--|
                                    -

Jetzt kannst du den für den R nötigen Wert berechnen.
Da ich jetzt mal von einem Zulässigen Eingangspegel von 0...5V für den 
ADC ausgehe ergibt sich folgendes:
Aus dem Großsignalschaltbild weiß ich das sich am Punkt ADC eine 
Spannung von 2,5 V einstellt sofern kein Audiosignal anliegt.

Jetzt wende ich mich wieder dem Kleinsignalersatzschaltbild zu:
Somit muss das Audiosignal auf einen WErt von +/- 2,5V heruntergeteilt 
werden um ohne gefahr für den ADC arbeiten zu können. 15V/2,5V sind 6.
Somit ist ein Teilerfaktor von 6 erforderlich.
Die beiden Parallelgeschalteten 1K Widerstände ergeben zusammen 500 OHm.
Dies muss aufgrund der obigen REchnung 1/6 des Gesamtwiderstandes des 
Spannungsteilers sein. Damit ergibt sich ein Wert von 3000Ohm für den 
gesamten Zweig.
Als Vorwiderstand ergibt sich somint GESAMTWIDERSTAND - UNTEREM 
WIDERSTAND = 3000 Ohm - 500 Ohm = 2500 Ohm.

Soweit die REchnung... Hast du diese Widerstände nicht zur hand, so 
nimmst du für den unteren Widerstand den nächst kleinen, für den oberen 
den nächst größeren Wert! NIEMALS UMGEKEHRT BEI DIESER SCHALTUNG!
Wobei, wenn wir jetzt noch einmal zurückdenken in diesem Anwendungsfall 
der untere Widerstand ja durch die zwei 1K vorgegeben ist.

Praktisch würde an dieser Stelle jetzt anstelle mir E96 Widerstände zu 
besorgen oder mit Trimmern zu arbeiten einfach für den  oberen 
Vorwiderstand einen 2,7 K-Ohm oder wenn die Toleranzen entsprechend 
schlecht sind gleich einen 3K3 Widerstand nehmen um ein wenig Sicherheit 
zu haben falls doch mal das Eingangssignal zu hoch ist oder die 
Toleranzen extrem ungünstig ausfallen.

Gruß
Carsten

Autor: Carsten Sch. (dg3ycs)
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Ach ja, als Ergänzung noch diese Dinge
:
Bei der obigen Berechnung bin ich davon ausgegangen das der ADC einen 
Hochohmigen Eingang hat. ISt dieser Niederohmig so kann oder muss man 
ihn  mitbetrachten. In diesem Fall ergibt sich dann ein kleinerer 
Vorwiderstand. Somit ist man auch in diesem Fall mit der obigen Rechnung 
auf der SICHEREN Seite, läuft aber Gefahr eine schlechte Aussteuerung 
und somit eine geringe Auflösung als möglich zu erreichen.

Wenn du Schaltungen siehst wo ein IC der nur z.B. an seinen 
Signaleingängen nur 5V verträgt über einen einzigen Widerstand an einem 
10V Signal liegt, ist oft dasselbe Prinzip angewand.
Hier hat man dann den Innenwiderstand des ICs selber mit in die Rechnung 
einbezogen und den Vorwiderstand entsprechend dimensioniert.

Bei µCs und ICs mit Überspannungsschutz an den Eingängen kann hinter 
dieser Schaltung aber auch ein anderer Gedanke stehen - aber nur bei 
rein Digitalen Eingängen...
Solche Bausteine haben oft Schutzdioden sowohl nach GND wie auch nach 
+Ub.
die bei Überschreiten der Betriebsspannung oder unterschreiten von 0V 
leitend werden und so den Baustein schützen. Gedacht für kurzzeitige 
Spannungsspitzen.
Eine "schmutzige" Lösung ist es nun, insbesondere wenn es nur um 
"Spannungspegel" an im zulässigen Spannungsbereich sehr hochohmigen 
Eingängen geht, einfach einen so großen Vorwiderstand zu nehmen das im 
Falle das die Dioden leitend werden über diese ein ein begrenzter Strom 
fließt der diese aber noch nicht beschädigt, wodurch an diesem 
Vorwiderstand die Spannung abfällt die den Wert von "UB+(+0,7V)", also 
z.b. 5,7V überschreitet bzw. bei negativen Spannungen den Wert von 
"Negativer Versorgungsspannung/GND -(+0,7V)" unterschreitet.
Somit diese beiden Spannungen maximal anliegen können.

Es ist ein möglicher Weg, ich halte den aber für sehr Suboptimal da die 
nur zum Schutz im Notfall gedachten Schutzmechanismen so ständig in 
Aktion treten müssen! Die Spannungsteilermethode ist hingegen in 
Situationen wo die Grenzwerte bekannt sind technisch "sauber".

Gruß
Carsten

Autor: Sam .. (sam1994)
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Danke, wie man den Spannungsteiler berechnet weiß ich. Ich habe mich nur 
darüber gewundert das Luk4s schrieb, dass man nur einen Widerstand in 
Serie schalten muss? Ich möchte halt so viele Bauteile wie möglich 
vermeiden, da ich diese Schaltung mehrmals aufbauen muss.

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