Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ohmscher Spannungsteiler - ab ca. welcher Frequenz induktiver Anteil nennenswert?


von Arne (Gast)


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Moin!

zur Messung von Spannungen in Bauteilen (bin Maschinenbauer…) habe ich 
mir folgenden Versuchsaufbau im Bastelkeller aufgebaut:

DMS --> 2x Instrumentenverstärker AD623 --> AD Wandler vom 
Microcontroller --> kleines Labviewprogramm.
Als Eingangssignal erwarte ich Frequenzen um die 100 kHz.

Der Instrumentenverstärker verstärkt bis auf 5 V. Laut Datenblatt auch 
bei einer Verstärkung von ca. 100 ziemlich linear. Der AD Wandler vom 
Microcontroller "verträgt" nur 3 V.

Als Lösungsansatz hatte ich mir einen "einfachen" Spannungsteiler mit 
Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich) aus der Bastelkiste 
überlegt. Leider habe ich im Bastelkeller kein Oszilloskop. Aber 
"gefühlt" wirken die Widerstände schon durch einen induktiven Anteil als 
Tiefpass.

1. Empfiehlt es sich grundsätzlich eher nieder- oder hochohmige 
Spannungsteiler für solche Messzwecke einzusetzen?

2. Eignen sich bestimmte Widerstände hier vielleicht besser?

3. Mache ich mir ins Hemd und bei Frequenzen bis 100 kHz ist der 
"Tiefpass" Effekt durch die Widerstände vernachlässigbar)

4. ---> meine Elektronikkenntnisse kommen noch aus dem Physik LK ;-) …

Besten Dank und Gruß
Arne

von Jonny O. (-geo-)


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Arne schrieb:
> mit
> Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich)

Das Problem sind die Kapazitäten. Und die sind schon automatisch in 
deinem Aufbau enthalten (unegachtet der Widerstände).

die Grenzfrequenz für einen Tiefpass ist: fg= 1/(2*PI*R*C)

Dein Problem ist das große R wodurch schon sehr kleine C ein Problem 
machen.
Rechne dir ruhig mal aus, wie groß dein C bei 100KHz sein darf.

von Wolfgang (Gast)


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Arne schrieb:
> Als Lösungsansatz hatte ich mir einen "einfachen" Spannungsteiler mit
> Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich) aus der Bastelkiste
> überlegt.

Warum hochohmig?
Der AD-Wandler besitzt eine Eingangskapazität und die muss über den 
Spannungsteiler umgeladen werden. Die Induktivität der Widerstände 
kannst du in dem Frequenzbereich eher vergessen.

von ArnoR (Gast)


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Arne schrieb:
> Als Lösungsansatz hatte ich mir einen "einfachen" Spannungsteiler mit
> Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich) aus der Bastelkiste
> überlegt. Leider habe ich im Bastelkeller kein Oszilloskop. Aber
> "gefühlt" wirken die Widerstände schon durch einen induktiven Anteil als
> Tiefpass.

Du solltest dir eher Gedanken um die Kapazitäten machen, der induktive 
Anteil bei MOhm-Widerständen ist gegenüber dem ohmschen Anteil bei 
100kHz vernachlässigbar. Aber z.B. 4pF (Eingangskapazität des AD623) mit 
1MOhm ergeben 40kHz -3dB-Grenzfrequenz und etwa -9dB bei 100kHz.

von Udo S. (urschmitt)


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Arne schrieb:
> Der Instrumentenverstärker verstärkt bis auf 5 V. Laut Datenblatt auch
> bei einer Verstärkung von ca. 100 ziemlich linear. Der AD Wandler vom
> Microcontroller "verträgt" nur 3 V.
>
> Als Lösungsansatz hatte ich mir einen "einfachen" Spannungsteiler mit
> Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich) aus der Bastelkiste
> überlegt.

Und warum so kompliziert? Bei dem Instrumentenverstärker kannst du über 
einen Widerstand den Verstärkungsfaktor einstellen.
Dann stell ihn halt passend ein.

Die Idee mit einem so hochohmigen Spannungsteiler an einem "normalen" 
A/D Eingang ist kompletter Unfug. Schau ins Datenblatt deines 
Controllers, bei schnellen Messungen darf der (dynamische) 
Innenwiderstand der Quelle nur einige 100 Ohm sein, weil ja der interne 
Sample/Hold Kondensator schnell umgeladen werden muss.

von Elektrofan (Gast)


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> Ohmscher Spannungsteiler - ab ca. welcher Frequenz induktiver Anteil
> nennenswert?

Tolle Frage.

Tollere Antwort:
Ab der diese gesuchte Frequenz ca. eine Rolle spielt:
Bezogen auf die von der betreffenden Aufgabenstellung gewünschten
Genauigkeit (neudeutsch: "Performance") ... SCNR

von Elektrofan (Gast)


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... Klar, wurde ja schon geschrieben:
Entsprechendes gilt auch für Kapazitäten.

von Gerald K. (geku)


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Arne schrieb:
> Der Instrumentenverstärker verstärkt bis auf 5 V. Laut Datenblatt auch
> bei einer Verstärkung von ca. 100 ziemlich linear. Der AD Wandler vom
> Microcontroller "verträgt" nur 3 V.

Ich nehme an Single Supply 5V. Da sind 100kHz nur bis zu 10x Verstärkung 
drinnen.
Wie ist das Microcontroller "verträgt" nur 3 V zu verstehen? 
Spannungsfestigkeit des MC-ADC Einganges oder Aussteuerungsgrenze?

Der Instrumentenverstärker lässt sich sowieso nicht bis zu seiner 
Versorgung von 5V aussteueren. Außerdem ist der Aussteuerungsbereich für 
Großsignal mit zunehmender Frequenz kleiner.

Ich würde den Ausgang des Instrumentenverstärker direkt an den ADC 
Eingang anschließen und zur Not die Ausgangsspannung auf ADC 
Versorgungspannung klemmen, sowie auf ein bischen Austeuerungsbereich 
verzichten.

von Wolfgang (Gast)


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Arne schrieb:
> Der Instrumentenverstärker verstärkt bis auf 5 V. Laut Datenblatt auch
> bei einer Verstärkung von ca. 100 ziemlich linear. Der AD Wandler vom
> Microcontroller "verträgt" nur 3 V.
>
> Als Lösungsansatz hatte ich mir einen "einfachen" Spannungsteiler mit
> Hilfe von 2 hochohmigen Widerstände (Megaohmbereich) aus der Bastelkiste
> überlegt.

Alternativer Lösungsansatz wäre, das Signal nur so weit zu verstärken, 
dass die 3V nicht überschritten werden. Dann kann der Ausgang des INA 
direkt an den Eingang des ADC.

Gerald K. schrieb:
> Wie ist das Microcontroller "verträgt" nur 3 V zu verstehen?

Voltage on pin with respect to ground maximal 3V

von Gerald K. (geku)


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Wolfgang schrieb:
> Voltage on pin with respect to ground maximal 3V

Dann Klammerung mit Schottkydiode gegen 3V Versorgung.

Meist sind es Versorgung + 0,5V.

: Bearbeitet durch User
von Arne (Gast)


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Besten Dank schon einmal für die vielen Antworten.

Wenn ich die Antworten richtig deute, sollte ich (wenn überhaupt) eher 
einen möglichst niederohmigen Spannungsteiler verwenden.

Die Verstärkung vorab auf ein sinnvolles Maß einzustellen, ist leider 
nur begrenzt möglich. Die exakte Amplitude des Eingangssignal muss erst 
ein Versuch zeigen und hier verursacht jeder Versuch kosten. Zwar sind 
die Kosten im Rahmen, aber es bleibt ein Hobby....

Bevor mir einer den Tipp gib, dann kauf doch ein gescheiten 
Verstärker... beim Hobby ist doch der Weg das Ziel... ;-)

Gruß
Arne

von Egon D. (Gast)


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Arne schrieb:

> Wenn ich die Antworten richtig deute, sollte ich
> (wenn überhaupt) eher einen möglichst niederohmigen
> Spannungsteiler verwenden.

Naja... nein... "möglichst niederohmig" wäre z.B.
3mOhm zu 5mOhm, und das ist AUCH Unsinn.

Im Frequenzbereich unter 1MHz ist ein Widerstand von
10kOhm ein sinnvoller grober Anhaltspunkt; das darf
durchaus als "3kOhm...30kOhm" interpretiert werden.
Das ist aber nur ein Richtwert , kein Dogma.


> Die Verstärkung vorab auf ein sinnvolles Maß
> einzustellen, ist leider nur begrenzt möglich.

Deswegen verwendet man in solchen Fällen eine Kette aus
zwei Verstärkern und setzt hinter einen Vorverstärker
mit relativ niedriger, fester Verstärkung noch einen
Messverstärker mit variabler (z.B. umschaltbarer)
Verstärkung.

von Jens G. (jensig)


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Arne schrieb:
> Die Verstärkung vorab auf ein sinnvolles Maß einzustellen, ist leider
> nur begrenzt möglich. Die exakte Amplitude des Eingangssignal muss erst
> ein Versuch zeigen und hier verursacht jeder Versuch kosten. Zwar sind
> die Kosten im Rahmen, aber es bleibt ein Hobby....

Warum soll das beim Definieren eines Spannungsteilers anders sein als 
beim Definieren des Verstärkungsfaktors?

von Carlo (Gast)


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kann die angedachte Schaltung vorab mit LTspice skizziert werden ?!
Hier zum anpassen, löschen ist schneller als suchen   :-)
Beitrag "Re: Simulation AD623"

von Andrew T. (marsufant)


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Carlo schrieb:
> kann die angedachte Schaltung vorab mit LTspice skizziert werden
> ?!
> Hier zum anpassen, löschen ist schneller als suchen   :-)
> Beitrag "Re: Simulation AD623"

Hast Du gerade Schreibdurchfall? Und kopierst Deine Beiträge?

siehe  Beitrag "Simulation AD623"

von Arne (Gast)


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Wenn ich die Spannung auf 3V begrenze, bleiben zwar die Kosten vom 
Versuch. Aber im Fall der Fälle bleibt zumindest der Microcontroller für 
weitere Versuche i. O.

Die Microcontroller kosten zwar jetzt auch nicht mehr so viel, aber auf 
Lager habe ich die trotzdem nicht und die Lieferzeiten von Reichelt und 
Co. und meine "Bastelzeit" am Wochenende beißen sich ....

von Udo S. (urschmitt)


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Egon D. schrieb:
> Im Frequenzbereich unter 1MHz ist ein Widerstand von
> 10kOhm ein sinnvoller grober Anhaltspunkt;

Dann lese erst mal das Datenblatt des Controllers wie hoch der max. 
Innenwiderstand der Quelle beim (schnellen) Messen mit dem ADC sein 
darf.

Den Ina über einen 400-1000 Ohm Widerstand an den ADC Eingang, die 
interne Clamping Diode sollte eine Überspannung bis 5V dann sicher 
ableiten.

Zur Sicherheit nochmal im Datenblatt von Controller und INA nachschauen 
wegen Belastbarkeit des INA Ausgangs und der Clamping Diode.

Externe Clamping Diode dürfte ziemlich sicher überflüssig sein.
Auch hier: Datenblatt des Controllers lesen.

: Bearbeitet durch User
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