Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Signal invertieren (möglichst einfach)


von Stefan H. (limescale1981)


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Hallo an Alle!

Ich suche nach einer möglichst einfachen Möglichkeit ein variables 
Eingangssignal zu invertieren. Nun sind meine Elektronikenntnis im Jahr 
1990 stehen geblieben.

Folgendes habe ich vor:

Betriebsspannung der Schaltung 6,5 Volt

Eingangssignal 30 bis 40 Volt

Ausgangsignal dann 5 bis 4 Volt

Wer kann mir helfen? :-)

: Bearbeitet durch User
von Sebastian (Gast)


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CMOS-Inverter mit Spannungsteiler vor dem Eingang als erster Ansatz? 
Oder soll das analog skaliert werden? Dann muß wohl ein 
Operationsverstäker ran.

von Helmut S. (helmuts)


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Einfach einen Spanungsteiler verwenden.
Um die Spannung auf 1/8 zu reduzieren müssen die zwei Widerstände des 
Spannungsteilers ein Verhältnis von 7:1 haben.

von Stefan H. (limescale1981)


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Also an einen OPamp habe ich auch schon gedacht.

Also zum weiteren Verständnis:

a) ich habe mir ltspice heruntergeladen zum testen. welcher opamp wäre 
hier zu nehmen?


b) also aus 40 V sollen ungefähr 4 V werden

demtentsprechend aus 30V 5V

c) das ganz analog sprich bei 35v ca 4,5v

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Stefan Han schrieb:
> Folgendes habe ich vor:
Drehen wir den Spieß einfach mal um: wofür brauchst du diese Schaltung? 
Woher kommt das Signal und wo geht es hin? Wie schnell muss die 
Schaltung sein? Wie stark darf die Eingangsseite belastet werden? 
Welcher Strom wird auf der Ausgangsseite gebraucht?

: Bearbeitet durch Moderator
von Udo S. (urschmitt)


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Wie genau müssen die Werte sein?

von Noch einer (Gast)


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Schaltung und Berechnung findet sich in Kapitel 4 des "op amps for 
everyone.pdf". Alles, auf was man sonst noch so achten muss in den 
restlichen Kapiteln.

von Stefan H. (limescale1981)


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Alles im mA Bereich.

Also Pedelec Bereich! Der Motor des gebauten Pedelecs ist mit absicht 
etwas zu schnell um die 25 Km/h Grenze einzuhalten.

Da aber die max Motorspannung mit der Entladung des Akkus fällt, sinkt 
auch die über einen Spannungsteiler eingestellte max. Ausgangsspannung 
des COntrollers.


Vollgas bei 40 Volt Akkuspannung ist begrenzt auf 25km/h. bei 30 Volt 
liegt sie dann nur noch bei 20Km/h

Wenn Ihr mehr Erklärungen braucht gern

von spontan (Gast)


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Invertieren?

Da hilft ein Spannungsteiler wenig.

von Stefan H. (limescale1981)


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So ich versuchsmal ganz genau zu erklären:

a) Also ein Pedelec Controller wird mit 0-5V Einganssignal gesteuert.

>>> Ausgangsspannung 0-max Akkuspannung

b) es stehen +5V stabilisiert für das Einganssignal zur verfügung.
legt man die an den Eingang des Controllers entspricht das 100% ( volle 
Akkuspannung am Motor)


c) Ich nutze einen einfachen Spannungsteiler um aus den stabilisierten 5 
V ungefähr 4 V zu machen und lege die an den EIngang des COntrollers.

>>> COntroller steuert aus auf sagen wir mal 75% ( 75% der Akkuspannung am Motor)

>>> Motor dreht so schnell dass das Pedelec 25km/H fährt und sich an die 
gesetzlichen Vorgaben hält.

d) Sinkt nun die Akkuspannung, sinkt prozentual natürlich auch die max 
Geschwindigkeit, die durch den Spannungsteiler und den Controller (hier 
75%) vorgegeben ist.

Das möchte ich verhindern, indem ich eine eigene, variable 
Eingansspannung für den Spannungsteiler erzeugte, die das ausgleicht. 
Sprich die muss steigen, wenn die Akkuspannung sinkt.

e) Es stehen zur verfügung 5v stabilisiert, 6,5 Volt stabilisiert und 
die variable Akkuspannung von ca 30v bis 40v

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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1
                       R2
2
               +------[===]--------+
3
               |   ____________    |
4
30-40V         |  |            |   |
5
 In  o--[===]--+--|-           |   |
6
         R1       |    OP-Amp  |---+------o Out 4-5V
7
4,5V o------------|+           |
8
ref.              |____________|

Die Differenz der Eingangsspannung beträgt 10V, die Differenz der 
Ausgangsspannung beträgt beträgt 1V. Also brauchst du einen 
Verstärkungsfaktor von 0,1. Daraus folgt:

R1 = 10k Ohm
R2 = 1k Ohm

Die Referenzspannung muss genau in der Mitte zwischen 4V und 5V liegen. 
Man könnte sie durch ein Poti oder Spannungsteiler von der (6,5V) 
Versorgungsspannung ableiten, falls sie stabilisiert ist.

von Stefan H. (limescale1981)


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DANKE!!!!

Präzisionstrimmer ist vorhanden.

So nun aber noch ne dumme Bitte. Welchen OP könnte ich von Pollin 
mitbestellen?

Ich habe damals analoge Modellbahnsteuerung gebaut. Aber halt alles 
diskret, den einzigen IC den ich wirklich verwendet habe ist der NE555. 
OPamps kenne ich nur vom Kosmoskasten :-)

von Route_66 H. (route_66)


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Stefan us schrieb:
> Die Referenzspannung muss genau in der Mitte zwischen 4V und 5V liegen.

Sicher?
die Ausgangsspannung ist Eingang mal "Verstärkung" plus Referenz.
Also Vref = 1,0 Volt.

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


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Das Ganze ist doch verkorkst von Anfang an.

Entweder der Controller hat einen eingebauten Regler und einen Eingang 
für die Istgeschwindigkeit, dann ist das obsolet, weil er auch die 
Batteriespannung mit ausregelt

Oder das ist so Murks, weil du dann bergab mit den 75% trotzdem 40 
fährst und bergauf nur 15, owohl der Controller  mit Motor 33% mehr 
Leistung hätte.
Also wenn schon, dann erfasse die Istgeschwindigkeit und regle 
entsprechend die Spannung nach.

Oder bau einen überlagerten Regelkreis, der ab 25 km/h stark abregelt.

von Gerhard (Gast)


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@Stefan Han:
bist du dir über das DANKE sicher? Wenn ich die Schaltung vom anderen 
Stefan richtig interpretiere dann invertiert da nix. Du willst:
30 V => 5V
40 V => 4V

seine Schaltung macht
30 V => 4V
40 V => 5V

Ich kann mich täuschen
Gerhard

von Stefan H. (limescale1981)


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?

Wieso denn so kompliziert?

Der Controller ist ein einfaches Chinaprodukt und regelt die 
Ausgangspannung per PWM.

Der Motor kann selbst ja auch bergab nicht schneller drehen sondern 
läuft im Freilauf, da die max Geschwindigkeit des Motors ja über seine 
Versorgungsspannung festgelegt ist.


Und wie gesagt, so einfach wie möglich.

von Stefan F. (Gast)


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Doch, die Schaltung invertiert, weil das Eingangssignal an den negativen 
Eingang des OP-AMP angeschlossen wird.

Als OP-Amp würde ich es den TS912 versuchen.

Danke für den Hinweis zur falschen Referenzspannung. Ich stimme zu, es 
müssten 1V sein.

von Tom (Gast)


Angehängte Dateien:

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Hier eine Version mit 2.5V Referenzspannung, die bequem aus einem TL431 
kommt, wenn es genau und unabhängig von der Versorgung sein soll.

von Tom (Gast)


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Nachtrag: Der Opamp sollte natürlich ein TS912 mit einfacher Versorgung 
sein. Die Standard-LTSPice-Installation hat leider nur einen 
unübersichtlichen Berg an LT25345934-Spezialteilen.

von Stefan H. (limescale1981)


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geht auch ein lm258?

von Tom (Gast)


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Wenn die Eingangsspannungen und die Ausgangsspannung mindestens 1.5V 
Abstand zur pos. Versorgung haben, ja.

von Helmut S. (helmuts)


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Tom schrieb:
> Nachtrag: Der Opamp sollte natürlich ein TS912 mit einfacher Versorgung
> sein. Die Standard-LTSPice-Installation hat leider nur einen
> unübersichtlichen Berg an LT25345934-Spezialteilen.

Man könnte natürlich das Modell von ST herunterladen und damit in 
LTspice simulieren.
Am schnellsten kommt man mit dem "UniversalOpamp2" zum Zel. Der ist 
Rail-to-rail und mit Rechtsklick auf das Symbol im Schaltplan kann man 
dort alle möglichen Parameter einstellen.

von stefan us (Gast)


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Bei meiner schaltung habe ich die Referenzspannung mit 4,5V falsch 
geschätzt. Der Korrekturvorschlag auf 1V war auch falsch.

Der ganze Lösungsansatz ist falsch, er hätte nur bei AC funktioniert.

Folge besser dem Vorschlag von Tom.

von Stefan H. (limescale1981)


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So hab mir das Model vom LM258 in LTspice eingebunden und das ganze mit 
einer einzigen 6,5 Volt Spannungsquelle simuliert.

Funktioniert :-) SPITZE!

Nun 3 Fragen:

a)  Wie erstellt man so ein Diagramm mit der Spannung aux der x und 
y-Achse ?

b) Kann man eine Sägezahnspannungsquelle erstellen?

c) Wie kommt es zu den Ausgangswerten anhand der Widerstände? kurze 
Erklärung wäre nett

von Stefan H. (limescale1981)


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Ahh, langsam blick ich es, wie das programm funktioniert.

das ist echt faszinierend was die computer heute mit den passenden 
programmen vermögen :-)

von Helmut S. (helmuts)


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Mit dem .DC Kommando.

Rechtsklick, Edit Simulation Command

von Stefan H. (limescale1981)


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EIne hab ich noch: Gibt es in LTspice keine Potis zum zeichnen?

von Tom (Gast)


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Die Widerstände kann mit wenig Mathe und einer OPV-Formel von Hand 
ausrechnen.

Die grundsätzliche Schaltung war klar (invertierend mit pos. Offset 
etc.)
2.5V als Offsetspannung festlegen, wegen TL431. Spezialtrick für 
leichtes Rechnen ohne Gleichungssysteme: Alle Ein- und 
Ausgangsspannungen Spannungen um -2.5V verschieben. Die Spannung am 
+Eingang fällt raus und man hat einen simplen Summierverstärker: 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverstärker-Grundschaltungen#Der_Addierer_.28Summierverst.C3.A4rker.29
Ue1 ist die zu messende Spannung, Ue2 sind -2.5V (war vorher Masse)

Ausgangsspannung ist 27.5V => 2.5V, 37.5V => 1.5V, also
U_a = -0.1 U_e1 + 5.25V

Die -0.1 legen das Verhältnis von R3 und R1 fest, gewählt 10k und 100k. 
Aus den -2.5V müssen jetzt noch 5.25V am Ausgang werden:

U_a = -0.1 U_e1 + 5.25V
U_a = -10k/100k * U_e1 +  -10k/R2 * -2.5V

Also
-10k/R2 * -2.5V = 5.25V
R3/R2 = 5.25V/2.5V
R2 = R3 * 2.5/5.25 = 4.76k

Jetzt wieder alles um 2.5V zurückverschieben und man landet bei der 
Schaltung oben: Die -2.5V werden Masse und die Masse an + wird zur 
2.5V-Offsetspannung.

Wer faul ist, baut Potis ein oder probiert in LTSpice ;)

von Helmut S. (helmuts)


Angehängte Dateien:

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Poti in LTspice siehe Anhang.

von Stefan H. (limescale1981)


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Ihr seid echt ne klasse Truppe

von Stefan H. (limescale1981)


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Tom schrieb:

>
> Ausgangsspannung ist 27.5V => 2.5V, 37.5V => 1.5V, also
> U_a = -0.1 U_e1 + 5.25V
>
> Die -0.1 legen das Verhältnis von R3 und R1 fest, gewählt 10k und 100k.
> Aus den -2.5V müssen jetzt noch 5.25V am Ausgang werden:
>
> U_a = -0.1 U_e1 + 5.25V
> U_a = -10k/100k * U_e1 +  -10k/R2 * -2.5V
>
> Also
> -10k/R2 * -2.5V = 5.25V
> R3/R2 = 5.25V/2.5V
> R2 = R3 * 2.5/5.25 = 4.76k
>
> Jetzt wieder alles um 2.5V zurückverschieben und man landet bei der
> Schaltung oben: Die -2.5V werden Masse und die Masse an + wird zur
> 2.5V-Offsetspannung.


Ich meine den Zusammenhang verstanden zu haben R3 kleiner dann R2 im 
selben verhältnis und die min ausgansspannung nähert sich dann der max 
ausgangsspannung an? richtig?

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