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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Z-Diode greift viel zu früh ein


Autor: Axel Schindler (Gast)
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Hi!

Um über den AD-wandler meines AVR uC Temperaturen mit pt1000-fühlern 
messen
zu können, habe ich angehängte Schaltung realisiert. Über eine H-Brücke 
und
einen Differenzverstärker, wird der gewünsche Widerstandsbereich auf
Spannungen zwischen 0V und 5V "abgebildet". Der Pt1000 wird an PTC-1-1 
und
PTC-1-2 angeschlossen. Die 5.1V Z-Diode soll den Eingang des uC vor
Überspannungen schützen.
Nach dem Abgleich für den geforderten Temperaturbereich habe ich eine
(eingangs)Widerstands-(ausgangs)Spannungs-Kurve aufgenommen (Eigentlich 
habe
ich nicht die Spannung gemessen, sondern den AD-Wert auf einem Display
ausgegeben) und war entsetzt, dass die Schaltung so nichtlininear ist. 
Von
0V bis 3V ging es, danach wurde die Kurve immer flacher. Nach vielem
rumrechnen, Widerstände auswechseln etc. habe ich noch als letzten 
Versuch
mal die 5.1V Z-Diode ausgelötet und siehe da, auf einmal war der 
komplette
Bereich annähernd linear.

Dass die Z-Diode nicht haarscharf bei 5.1V "abblockt" war mir klar, aber 
wie
kann es sein, dass sie schon ab ca. 3V die Schaltung so stark 
beeinflusst?

Es handelt sich um eine standard-Conrad 5.1V Z-Diode....

Kann mir das jemand erklären?

Danke
Axel

Autor: BernhardT (Gast)
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Ohne Strom Zenereffekt nix gut. Schau dir die Kennlinien an. Bei sehr 
niedrigem Strom liegt die Kennlienie im Knickbereich und nicht im 
Arbeitsbereich. Uz ist immer von Iz abhängig. +1V Abweichung bei großem 
Strom, ist im Arbeitsbereich noch normal. Im Knickbereich kommt da eher 
zu ca. -2V oder mehr bei sehr kleinem Strom.

Gruß Bernhard

Autor: Günter König (Gast)
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Hallo Axel,
empfehle dir eine Begrenzerschaltung mit zwei Schottky-Dioden (BAT85 
o.ä) mit folgendem Anschluss:

Kathode Dx an C1
Anode Dx an GND
Anode DY an C1
Kathode DY an +5V

Funktion:

Solange die Ausgangsspannung des OP`s <= +5V und positiver als GND ist, 
passiert nichts.
Steigt die Spannung auf einen Wert +5V + Schwellspannung der 
Schottkydiode wird DY leitend. Die Ausgangsspannung wird auf einen Wert 
um 5,3 - 5,4V begrenzt.

Wenn im zweiten Fall die Ausgangsspannung negativer als GND wird, wird 
DX leitend ind begrenzt die Ausgangsspannung auf den Schwellwert der 
Diode.

Diese Art Begrenzung funktioniert problemlos. Wenn dein OP symetrisch 
versorgt wird, solltest du DX einbauen´, bekommt er nur positive 
Versorgungsspannung kann DX entfallen.


Gruß,

Günter

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Der Trick ist, TRIMM1 hinter R1-8 anzuschließen, dann ist der 
Spannungsabfall an R1-8 egal.

R1-8 sollte 1k ... 10k betragen.


Ja, so ein PTC ist schon um ein vielfaches umständlicher als z.B. das 
hier:

http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-27035.html

Aber wenn man unbedingt über 125°C messen muß, gehen die super einfachen 
DS18B20 eben nicht mehr.


Peter

Autor: Sven (Gast)
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Hi Axel!

Z-Dioden scheinen außerdem eine ordentliche Toleranz zu haben. In einer 
Schaltung mit zugegebenermaßen recht wenig Strom fällt über einer 
5V1-Z-Diode eine Spannung von 4,3 V ab. Mit einer Z-Diode gleichen 
Types, aber anderer Serie ist die Spannung in der gleichen Schaltung 
über 5 V. Fazit: Für diesen Zweck wirklich  nicht so doll geeignet.

Aber brauchst Du überhaupt eine Spannungsbegrenzung? Soviel ich weiß, 
hat der AVR Schutzdioden an den Eingängen, die genau das tun, was Günter 
beschrieben hat. Allerdings sollte der Widerstand R1-8 dann so in der 
Größenordnung 10k liegen, um den Strom für die Dioden zu begrenzen. Und 
das Poti vielleicht doch hinter den Widerstand, um eventuellen 
Spannungsabfall auszugleichen. Aber die AVR-Wandler-Eingänge sollten 
hochohmig sein, was meint das Datenblatt?

Sven

Autor: Axel Schindler (Gast)
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Mal danke für die aufschlussreichen Antworten, eigentlich logisch die 
Sache mit dem zu geringen Strom.

Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, wäre die Lösung aber dennoch 
ok, wenn ich den Rückkoppelzweig hinter R1-8 mit dem Ausgang verbinde, 
da dann die Ausgangsspannung nicht um den Spannungsabfall an R1-8 
verringert wird. Oder wäre das trotzdem nicht ideal?
R1-8 hat bisher 1k.

Axel

Autor: Sven (Gast)
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Nicht wirklich. Der OPV muß durch den Widerstand einen Strom treiben, 
der an der Z-Diode bei 5V Sollspannung eine Z-Spannung von 5V erzeugt. 
Je nach Toleranz kann dass mehr oder weniger sein. Sagen wir, die 
Z-Diode hat 5V bei 10mA, dann fällt über den 1k-Widerstand eine Spannung 
von 10V ab, dass könnte knapp werden. Den Widerstand verringern ist auch 
nicht toll, weil bei höherer Temperatur oder offenem Eingang der OPV 
versucht, mehr als 5V zu erzeugen und der Strom eventuell zu groß wird. 
Du könntest

- eine Z-Diode mit höherer Z-Spannung verwenden, dann kann es aber sein, 
dass eher die interenen Schutzdioden des AVR ansprechen
- eine Z-Diode gezielt ausmessen und den Widerstand anpassen, dann aber 
auch für den Fall, dass der OPV voll aussteuert
- die Schaltung mit den externen Schottky-Schutzdioden aufbauen, ist in 
diesem Fall vielleicht besser

Die Z-Diode ist keine gute Begrenzung, wenn Du einigermaßen den Bereich 
bis 5V ausnutzen willst.

Sven

Autor: Lars (Gast)
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Die nichtlinearität deiner gemessenen Werte kann auch vom verwendeten 
OpAmp kommen. Wenn du einen standard OpAmp verwendest musst du positive 
und negative Spannung zur Verfügung stellen. Ansonsten kannst du einen 
Rail-To-Rail OpAmp verwenden, die haben auch bei Versorgungsspannung von 
nur +5V und GND eine nahezu lineare Übertragung auf dem gesamten 
Bereich....gute kosten aber leider leicht um die 10Euro - dadurch spart 
man sich aber die negative Versorgungsspannung und evtl. wertvollen 
Platz auf der Platine :)

Autor: Axel Schindler (Gast)
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So habe nochmal ein paar messreihen gemacht... :o)

Zu Lars: Der Op ist schon richtig versorgt. Bekommt 9V+ und benötigt 
keine negative Spannung.

Habe jetzt den Rückkoppelzweig nach R1-8 mit dem Ausgang verbunden. Die 
Kennlinie ist ziemlich linear, kommt eben nicht ganz auf 5V wegen der 
Z-Diode. Werde sie durch eine Schottky Diode von Ausgang auf +5V 
ersetzen.

Danke für Eure Tips!

Axel

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