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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik zwischen -5V und +5V schalten


Autor: Dieter (Gast)
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Hi,

ich hab 2 Spannungsversorgungen, +9V und +9V und muss nun mit einem uC 
zwischen GND, +9V und -9V hin- und herschalten. Wie macht man sowas denn 
am einfachsten ?

thx
Dieter

Autor: Analog (Gast)
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Mit MOSFETs

Autor: Dieter (Gast)
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und wie genau ?

Autor: Nitram L. (nitram)
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Dieter wrote:
> Hi,
>
> ich hab 2 Spannungsversorgungen, +9V und +9V und muss nun mit einem uC
> zwischen GND, +9V und -9V hin- und herschalten. Wie macht man sowas denn
> am einfachsten ?
>
> thx
> Dieter

Was hast du denn nun genau???
In der Überschrift redest du von +5V und -5V,
im ersten Satz von +9V und +9V und dann von -9V , 0V und +9V...

Was darf es jetzt sein???

nitraM

Autor: Dieter (Gast)
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Sorry, überschrift war falsch. Ich muss zwischen +9V, 0V und -9V

Autor: Guido S. (Gast)
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Was möchtest du genau machen? Möchtest du die Spannung für einen 
Verbraucher einfach nur umkehren? Hierfür hätte ich eine einfache 
Lösung: MC34151 heist das Zauberwort. Mit diesem Teil kann man z.B. ein 
Bistabiles Relais ansteuern.

Gruß
Guido

Autor: Dieter (Gast)
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Im Prinzip geht es darum dass ich einen Plattenkondensator habe auf dem 
die eine Platte fest auf 0V-Potential liegt. Und nun will ich umschalten 
zwischen Feld in die eine Reichtung, Feld in die andere Richtung und 
kein Feld.

Autor: yalu (Gast)
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Wie groß soll der Strom sein, bzw. wie groß ist der die Kapazität, und
wie schnell muss diese umgeladen werden?

Sind die Ströme nicht zu hoch, geht bspw. ein Rail-to-Rail-OpAmp mit
ein paar Widerständen drumherum, der von zwei µC-Ausgängen (LL, LH,
HH) angesteuert wird.

Mit ein paar Transistoren geht es sicher auch irgendwie. Etwas
komplizierter wird es dann, wenn in allen drei Zuständen deutlich
Strom geliefert werden soll.

Autor: Dieter (Gast)
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Klingt gut. Strom muss nich groß sein, Schaltzeiten sind erstmal auch zu 
vernachlässigen...

Autor: Guido S. (Gast)
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Das ist doch das was ich sagte, MC34151 macht Rail-to-Rail. Wenn aber 
eine Platte fest mit einem Potential verbunden ist, dann geht es so 
nicht.
Dann würde ich vorschlagen, dass du beide Spannungen erzeugst und dann 
einfach per Transistor die eine oder die andere zuschaltest. Die 
Transistoren können auch MOSFETs sein.

Guido

Autor: yalu (Gast)
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So ähnlich könnte es mit einem R2R-OpAmp gehen. Ist U0 die
I/O-Spannung des µC und U1 die positive Versorgungsspannung des
OpAmps, werden die Widerstände wie folgt dimensioniert:

  R2/R1 = 2*U1/U0
  R5/R4 =   U1/U0
     R3 = R4

Im Bild sind die Widerstandswerte für U0 = 5V und U1 = 9V angegeben,
wobei das Verhältnis R5/R4 exakt stimmt, R2/R1 aber 1% daneben liegt,
was aber innerhalb der Toleranz von Standardwiderständen liegt. Wenn
der Nullpunkt am Ausgang genau stimmen soll, kann man R2/R1 auch über
einen Trimmer abgleichbar machen.

Die folgende Tabelle zeigt die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von
den beiden Eingangssignalen:

   E1   E2    A
   -------------
    0    0   +U1
    0   U0    0
   U0    0    0
   U0   U0   -U1

Autor: Dieter (Gast)
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Das sieht ja schonmal sehr gut aus. Was für OPs nimmt man dann da 
gewöhnlich ? Hab sie Dinger noch nie verbaut...Danke.

Autor: Detlev T. (detlevt)
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@yalu
Äh, vielleicht bin ich zu blöd, aber ich bekomme die Schaltung und deine 
Tabelle nicht zusammen. Wolltest du nicht eher so etwas wie einen 
Subtrahierer bauen?

@Dieter
Eine alternative Idee wäre vielleicht die Verwendung eines 
CMOS-Analog-(De)-Multiplexers a'la 4051.

Autor: yalu (Gast)
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@Dieter:

Ich habe keinen guten Überblick darüber, welche Rail-to-Rail-OpAmps
billig und bei einschlägigen An-Privat-Versendern (Reichelt, Kessler
usw.) erhältlich sind, da ich sie selber selten brauche. Du kannst
aber mal bei den Herstellern (TI, ST, National usw.) rumstöbern.
Wichtig ist Rail-to-Rail-Output, Rail-to-Rail-Input ist nicht
wichtig. Andere Kriterien, wie Geschwindigkeit, Präzision usw. sind
für deine Anwendung von untergeordneter Bedeutung.

Hier ist noch ein kleine Übersicht aus der Suchfunktion von Farnell:

  http://de.farnell.com/jsp/search/results.jsp?N=500...

Das Rail-to-Rail brauchst du auch nur deswegen, weil der Ausgang des
OpAmps bis an die positive und negative Versorgungsspannung (+/-9V)
heranreichen soll. Genügen dir bspw. auch +/-7V am Ausgang oder
erhöhst du die Versorgungsspannung auf +/-12 V, kannst du fast jeden
OpAmp nehmen, bspw. einen LM358, der so ziemlich das Billigste ist,
was es gibt.

Der Vorschlag von Detlef T. hat aber auch etwas:

> Eine alternative Idee wäre vielleicht die Verwendung eines
> CMOS-Analog-(De)-Multiplexers a'la 4051.

Mir fällt gerade nichts ein, was dagegen sprechen würde. Das IC ist
ziemlich günstig und du sparst sogar die 5 Widerstände.

Detlef T. schrieb:

> Äh, vielleicht bin ich zu blöd, aber ich bekomme die Schaltung und
> deine Tabelle nicht zusammen. Wolltest du nicht eher so etwas wie
> einen Subtrahierer bauen?

Jetzt, wo du's sagst: Ja, man kann das Ganze tatsächlich auch als
Subtrahierer interpretieren. Allerdings liegt das Bezugspotenzial
nicht auf Masse, sondern auf 9V, da die Ausgangspegel des µC nicht
symmetrisch zu GND liegen. Man kann E1, E2, R3 und R4 zu einer
Spannungsquelle mit der Spannung (UE1+UE2)/2 und Innenwiderstand R34 =
R3||R4 = R4/2 zusammenfassen. Damit ist R2/R1 = R5/R34 = v, wie es
sich für einen ordentlichen Subtrahierer mit der Verstärkung v gehört.

Der nichtinvertierende Eingang liegt auf 0V, der invertierende auf
UE = (UE1+UE2)/2, d.h. wahlweise auf 0V, 2,5V oder 5V. Da das
Bezugspotenzial U1 (9V) ist, gilt für die Ausgangspannung UA

     (UA-U1) = v*((0V-U1) - (UE-U1))
  => UA = U1 - v*UE = U1 - R5/R34*UE = 9V - 3,6*UE

Setzt man für UE die Spannungen 0V, 2,5V und 5V ein, erhält man für UA
die gewünschten 9V, 0V und -9V.

Man kann das Ganze aber auch als invertierenden Verstärker mit
Bezugspotenzial UB = U1*R1/(R1+R2) und Verstärkung v = R5/R34 = R2/R1
sehen. Das war eigentlich mein ursprünglichger Ansatz, letztendlich
kommt aber natürlich das gleiche Ergebnis heraus.

Man könnte die Schaltung auch als nichtinvertierenden Verstärker
(5V->9V und 0V->-9V) realisieren, was, wenn ich das aus dem Kopf
richtig überblicke, mit der gleichen Anzahl von Widerständen ginge.

Autor: Dieter (Gast)
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Okay. Danke an alle. Ich denke ich habe jetzt genug Infos und kann mir 
das selber alles nochmal genau durchüberlegen.

Autor: Detlev T. (detlevt)
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@yalu:
Die Schaltung hat mich tatsächlich intellektuell überfordert. Ich hatte 
an so etwas wie diese Schaltung gedacht und konnte das in deiner 
Schaltung nicht wiedererkennen. Das wäre auch dann mein Vorschlag für 
eine Lösung mit OpAmp (R2/R1 >= 1.8) Im Vergleich mit deiner Lösung 
braucht sie weniger Bauteile und ist für Ua=0V auch weniger von der 
exakten Ausgangsspannung des uC abhängig.

   E1   E2    A
   -------------
   0V   0V    ~0V
   0V   5V    ~-9V
   5V   0V    ~+9V
   5V   5V    ~+5V

@Dieter
Alle, einschließlich mir, haben wieder einmal zuerst an rein 
elektronische Lösungen gedacht. Man könnte aber auch an die Verwendung 
von (REED-) Relais denken. Das ist zwar mechanisch, das heißt langsam, 
prellt und hat nur endlich viele Schaltzyklen. Aber man hat praktisch 
keine Wirkung der Steuersignale auf den Ausgang - und auch eine 
galvanische Trennung des Ausgangs- vom Steuerkreis.

Autor: yalu (Gast)
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@Detlev T.:

Aus unerfindlichen Gründen hat mir mein Unterbewusstsein die Auflage
auferlegt, dass die Ausgangsspannung von der Summe der Eingangs-
spannungen abhängen soll. Dass man genauso gut die Differenz nehmen
kann ... nee, darauf bin icht nicht gekommen :)

Aber du hast natürlich vollkommen recht, mit deiner Schaltung geht's
einfacher.

@Dieter:

Da gibt es gerade einen neuen Thread zum Thema
Low-Cost-Rail-to-Rail-Output-Operationsverstärker
(was für ein Wort :)), falls noch Interesse besteht.

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