Spannung verstärken

ChrisB schrieb:
> oder OPVs?

https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Grundbeschaltung_mit_Berechnung

Harald W. schrieb:
> ChrisB schrieb:
>
>> Ich möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken, somit
>> bräuchte ich in etwa eine Verstärkung von ca.1,5.
>
> Natürlich kann man Spannungen mit Hilfe eines OPVs verstärken.
> Aber eine solche Verstärkerschaltung erzeugt auch zusätzliche
> Fehler, sodas es meist besser ist, den Sensor direkt an den
> AD-Wandler anzuschliessen und den geringen Auflösungsverust
> in Kauf zu nehmen.

Natürlich rauscht auch ein OPV, und hat einen Offset, aber korrekt 
ausgelegt kann es helfen, den Messbereich des ADC voll auszunutzen.
Das ist eine Standardaufgabe, und man sieht das überall.

Das setzt natürlich voraus, dass man die Probleme von OPVs kennt. Und 
andere OPV als den Schimmel-741er kennt.

Harald W. schrieb:
> Manchmal habe ich den Eindruck, das das nur gemacht wird, weil es
> in der Schule so gelehrt wird

Ja und, was ist daran so falsch? Meinst du, deine Haltung "ich weiss 
ALLES besser" führt sicherer zum Ziel? Die skillt höchstens dein Ego, 
aber nicht deine Elektronik.

Es ist sicher nicht alles richtig was in der Schule gelehrt wird, aber 
dass alles falsch ist ist noch viel blödsinniger.

Georg

Harald W. schrieb:
> Manchmal habe ich den Eindruck, das das nur gemacht wird, weil es
> in der Schule so gelehrt wird.

Ich würde eher sagen, daß neben dem Angstwiderstand auch noch ein 
Angs-OP existiert.

Darf ich auch mal was dazu sagen?

Wegstaben V. schrieb:
> warum möchtest du das denn?

Er hat einen Beschleunigungssensor.

Wegstaben V. schrieb:
> Suchst du eventuell eine Lösung, für die es kein Problem gibt?

Du findest kein Problem für das es eine Lösung gibt.

Wegstaben V. schrieb:
> ChrisB schrieb:
>> eine analoge Spannung von etwa 3V her. Ich
>> möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken,
>
> warum möchtest du das denn?

Warum ich es möchte ist hier nicht die Frage

ChrisB schrieb:
> Wegstaben V. schrieb:
>> ChrisB schrieb:
>>> eine analoge Spannung von etwa 3V her. Ich
>>> möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken,
>> warum möchtest du das denn?
>
> Warum ich es möchte ist hier nicht die Frage

Vielleicht nicht Deine, aber seine.

ChrisB schrieb:

> ich verwende einen Beschleunigungssensor (GY61/ADXL330). Dieser gibt an
> den Ausgängen der x,y,z-Achse eine analoge Spannung von etwa 3V her. Ich
> möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken

Warum, mit welchem praktischen Ziel willst du das tun? Das ist die alles 
entscheidende Frage.

Wenn, wie zu vermuten ist, das Ziel ist, AD-Wandler mit den Signalen 
anzusteuern, ist der weitaus sinnvollere Weg, einfach deren Referenz auf 
ca. 3V zu legen. Das macht nämlich nur einmal Hardware-Aufwand und 
obendrein vergleichsweise geringen.

Antoni Stolenkov schrieb:
> ChrisB schrieb:
>> Wegstaben V. schrieb:
>>> ChrisB schrieb:
>>>> eine analoge Spannung von etwa 3V her. Ich
>>>> möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken,
>>> warum möchtest du das denn?
>>
>> Warum ich es möchte ist hier nicht die Frage
>
> Vielleicht nicht Deine, aber seine.

Es ist mein Beitrag ich stelle die Fragen

Axel S. schrieb:
> Und ich habe ein 3m Maßband.

Er möchte die Ausgangsspannung seines Sensors an der Spannungsbereich 
des ADAC anpassen. Aber bei nur einem Bit Auflösungsgewinn ist der 
Aufwand fraglich, zumal es eine einfachere Lösung gibt.

Oder hast Du sonst noch was nicht verstanden?

ChrisB schrieb:
> Es ist mein Beitrag ich stelle die Fragen

Na endlich wird das auch mal wieder lustig hier.

Axel S. schrieb:
> Elektrofurz schrieb:
> Darf ich auch mal was dazu sagen?
>
> Nein

Ich wollte ja auch nur mal vorsichtig nachfragen ob die Sensorspannung 
von 0 Volt bis 3 Volt groß ist, oder ob sie sich zum Beispiel nur 
zwischen 2,5 Volt und 3,5 Volt bewegt?

Elektrofurz schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Elektrofurz schrieb:
>> Darf ich auch mal was dazu sagen?
>>
>> Nein
>
> Ich wollte ja auch nur mal vorsichtig nachfragen ob die Sensorspannung
> von 0 Volt bis 3 Volt groß ist, oder ob sie sich zum Beispiel nur
> zwischen 2,5 Volt und 3,5 Volt bewegt?

Die Sensorspannung ist von 0-3V. Ich möchte diese Spannung dann über 
einen Arduino Uno auslesen, der jedoch eine Referenzspannung von 5V hat. 
Das heisst mir würden 2V an Spannung verloren gehen, die ich aber durch 
eine Verstärkung habe um die Auflösung von 10 Bit des AD-Wandlers des 
Arduinos voll zu belegen.

Dein Verstärker wird das Signal ein bisschen verzerren und rauschen und 
einen DC-Offset addieren. Diese Effekte zusammen sind schlechter, als 
den Messbereich des ADC nicht voll auszunutzen.

Lass es einfach, dann hast du 9,5 Bit Auflösung. Mit Verstärker kommst 
du sicher auf weniger nutzbare Bits.

Es sei denn, du wärest richtig gut darin, Verstärkerschaltungen zu 
designen. Aber dann hättest du nicht gefragt.

ChrisB schrieb:

> Es ist mein Beitrag ich stelle die Fragen

Mit der Einstellung darfst du sie dir auch selber beantworten.

Hi

>Ich möchte diese Spannung dann über
>einen Arduino Uno auslesen, der jedoch eine Referenzspannung von 5V hat.

Wo kommen die 5V her? Betriebsspannung?

MfG Spess

spess53 schrieb:
> Wo kommen die 5V her? Betriebsspannung?

Wahrscheinlich, was die Messung noch ungenauer macht.

Die allermeisten Arduino Modelle haben eine stabile 2,56V oder 1,1V 
Referenz. Das ist aber weniger als 3V, so dass ein Spannungsteiler vor 
dem Eingang die optimale Anpassung vornehmen kann.

Elektrofurz schrieb:
> Ich wollte ja auch nur mal vorsichtig nachfragen ob die Sensorspannung
> von 0 Volt bis 3 Volt groß ist, oder ob sie sich zum Beispiel nur
> zwischen 2,5 Volt und 3,5 Volt bewegt?

Interessante Frage, aber Du wolltest doch was sagen.

ChrisB schrieb:
> Warum ich es möchte ist hier nicht die Frage

ChrisB schrieb:
> Es ist mein Beitrag ich stelle die Fragen

Au ja, mit heftiger Beschleunigung durch die Kinderstube gerast, 
Rotzlöffel.

c-hater schrieb:
> Mit der Einstellung darfst du sie dir auch selber beantworten.

Da widerspreche ich Dir nicht!

ChrisB schrieb:
> Ich möchte diese Spannung dann über
> einen Arduino Uno auslesen

Stefanus F. schrieb:
> Die allermeisten Arduino Modelle haben eine
> stabile 2,56V oder 1,1V Referenz.

Mit Rücksicht auf Chris' Auftreten erspare ich mir, das näher zu 
erläutern.

Lothar M. schrieb:
> Oder man versorgt den ADXL330 eben auch ganz einfach mit 2,56V

Kann man den ARef Pin eigentlich als Ausgang benutzen, um z.B. Sensoren 
zu versorgen?

Sebastian R. schrieb:
> Zusammen mit einem Impedanzwandler/Spannungsfolger

Ja klar, das meinte ich genau so.

ChrisB schrieb:
> Gibt es Ideen wie man das realisieren
> könnte. Ist ein Pegelwandler möglich oder OPVs?

Das was du suchst, findest du unter dem Stichwort "Verstärker". Ja, 
Verstärker kann man mit OPVs aufbauen.

Lothar M. schrieb:
> Die ist zwar recht stabil, aber initial super ungenau. Deshalb
> empfiehlt es sich eben, die 3V-Versorgungsspannung des ADXL als Referenz
> zu nehmen. "Gratis" dazu gibt es dann die ratiometrische Messung,

Ich weiß nicht, von welchem Atmel Du den Datenblattauszug hast, aber es 
wurde "Arduino UNO" geschrieben. Der hat einen AT328, läuft mit 5 Volt 
und hat als Referenz 1,1 Volt.

Ein Ärgernis ist tatsächlich deren Streuung, man darf jedes Board 
individuell abgleichen.

Manfred schrieb:
> Ein Ärgernis ist tatsächlich deren Streuung, man darf jedes Board
> individuell abgleichen.

Da in diesem Fall ein Spannunsgteiler (statt Verstärker) geeinget ist, 
könnte man den praktischerweise in Form eines Trimmpotentiometer 
realisieren.

ChrisB schrieb:
> Es ist mein Beitrag ich stelle die Fragen ..
Wenn du meinst, dass dich dieser Ton weiter bringt ...

ChrisB schrieb:
> ich verwende einen Beschleunigungssensor (GY61/ADXL330). Dieser gibt an
> den Ausgängen der x,y,z-Achse eine analoge Spannung von etwa 3V her. Ich
> möchte diese Spannung nun auf etwa 5 V verstärken, ...

Sag doch, was du eigentlich möchtest. Um deinen Wandlerbereich besser 
zu nutzen, wäre es viel sinnvoller die Versorgungsspannung des ADXL330 
als Referenz zu nutzen. Lies mal etwas über ratiometrische Messung.

Hi

>Da in diesem Fall ein Spannunsgteiler (statt Verstärker) geeinget ist,
>könnte man den praktischerweise in Form eines Trimmpotentiometer
>realisieren.

Der ADXL330 braucht ein Spannungsversorgung von 2..3,6V. Diese Spannung 
auch gleich für die Referenzspannung des ADCs benutzen. Damit ist alles 
gegessen.

MfG Spess

Antoni Stolenkov schrieb:
> Ich würde eher sagen, daß neben dem Angstwiderstand auch noch ein
> Angs-OP existiert.

Der OPV kann neben der Verstärkung noch andere Gründe haben, den 
minderbelesene Elektroniker nicht auf den ersten Blick erkennen können. 
Die reden dann oft vom Angst-OPV und dem Angstwiderstand, in Wahrheit 
verstehen sie die Schaltung einfach nicht vollständig ;-)

Beispiel für einen "Angst-OPV":
So ein ADC benötigt beispielsweise eine gewisse Quellimpedanz. D.h. 
hochohmige Signalquellen können grob falsche Ergebnisse liefern. Da ist 
dann ein Buffer davor nötig.
Und ja, das kann wirklich relevant sein. Wer Datenblätter liest, weiß 
das. Viele einfach gestrickte Foristen leider nicht.

Was nicht heißen soll, dass der OPV hier im konkreten Fall unbedingt 
nötig ist. Ob man bei 0-3V bei 5V Messbereich wirklich UNBEDINGT einen 
OPV setzen muss, sollte man sich überlegen.

Manfred schrieb:
> Ein Ärgernis ist tatsächlich deren Streuung, man darf jedes Board
> individuell abgleichen.

Das muss man wegen der Streuung des ADXL330 sowieso und zwar für jede 
Achse.

spess53 schrieb:
> Der ADXL330 braucht ein Spannungsversorgung von 2..3,6V. Diese Spannung
> auch gleich für die Referenzspannung des ADCs benutzen. Damit ist alles
> gegessen.

Das ist der mit Abstand beste Lösungsvorschlag, der A*-Uno / AT328 kann 
das ja.

Harald W. schrieb:
>> könnte man den praktischerweise in Form eines Trimmpotentiometer
>> realisieren.
>
> Alles was man verstellen kann, verstellt sich auch gern von allein.

Ich musste vor Jahrzehnten in der Berufsschule "Bereichseinengung" 
rechnen. Wenn ich eine Schaltung mit Trimmpoti realisiere, nutze ich 
das, dann wirken sich Instabilitäten des Trimmpotis nur gering aus.

> Vorher berechnete und ausgemessene Festwiderstände sind da besser
> geeignet.

Wenn es wirklich sein muß, sieht man einen festen Teiler vor und setzt 
zum Feinabgleich Parallelwiderstände drauf.

Angstwiderstand schrieb:
> Beispiel für einen "Angst-OPV":
> So ein ADC benötigt beispielsweise eine gewisse Quellimpedanz. D.h.
> hochohmige Signalquellen können grob falsche Ergebnisse liefern. Da ist
> dann ein Buffer davor nötig.
> Und ja, das kann wirklich relevant sein. Wer Datenblätter liest, weiß
> das. Viele einfach gestrickte Foristen leider nicht.
>
> Was nicht heißen soll, dass der OPV hier im konkreten Fall unbedingt
> nötig ist.

Der Ausgang des ADXL330 kommt mit einer Impedanz von 32kOhm daher 
(R_filt). Da braucht man also mindestens den vorgesehenen Filter 
Kondensator, damit der ADC beim Abtasten keinen Unfug treibt, oder eben 
einen OP (falls die Abtastrate hoch genug ist) damit man keine Aliasing 
Probleme bekommt.

Lothar M. schrieb:
> Oder ein stinknormaler Kondensator, der die Impedanz eben auch drastisch
> reduziert. Und der Kondensator muss nicht mal sooooo arg groß sein. Er
> muss nur 2^(ADC-Bitbreite) größer sein, als die Eingangskapazität des
> AVR mit 14pF. Für 10 Bit Genauigkeit reicht also ein 15nF Kondensator
> schon locker aus. Und die Ausgänge des ADXL330 sind im Datenblatt
> spezifiziert für Kondensatoren mit 100nF. Also keinerlei Angst-OP nötig.

Vorsicht Fallstrick :-)

Die Quelle wird niederimpedanter durch den Kondensator, nicht 
niederohmiger. Das hat Konsequenzen

Der ADC zieht bei kontiunierlichem Samplen im Mittel einen Strom, der 
Kondensator bügelt den nur glatt. Grob gesagt fließen im worst-case:
I=N*Q/t = fs*Cs*U

Beispielwert:
fs = 100kSPS, Cs = 20pF, Uref = 3,3V;
I<= 6,6µA
Bei 32k Quellimpedanz macht das einen Fehler von <= 211mV. Selbst 10kHz 
oder 1kHz Samplerate machen sich noch im Messwert bemerkbar.
Es tritt als GAIN-Fehler in Erscheinung, und kann tatsächlich auch für 
einfache Dinge relevant werden.

Man sieht auch: Misst man nur einmal pro Sekunde, selten, oder mit einem 
modernen ADC (kleiner Cs), funktioniert das tatsächlich. Für die 
berühmte Messung der Versorgungsspannung kann man das also verwenden. 
Für Signale fallweise nicht.
Dazu kommt: Die Bandbreite wird durch den Samplekondensator reduziert.

Daher: "Allround-Tipp" ist das nicht. Man darf rechnen und denken.

Wir hatten das Problem schon bei einer Platine. Es hat für viel 
Kopfkratzen bei der Inbetriebnahme geführt, dass die Abweichungen 5-6mV 
höher waren, wenn man die Firmware vom Firmwareentwickler nimmt, als 
jene von mir. Des Rätsels Lösung war der DMA, und der Spannungsteiler + 
Samplekondensator.

Man sieht: Die Welt ist nicht so einfach.

Weil ich sonst wieder angemeckert werde: Nein, das heißt nicht, dass zu 
100% ein OPV für das Konkrete Problem des TE nötig ist! Das bezieht sich 
auf die AngstOPV-Aussage!

Angstwiderstand schrieb:
> Dazu kommt: Die Bandbreite wird durch den Samplekondensator reduziert.

Das kann durchaus sinnvoll sein, um Aliasing zu verringern - kommt auf 
Signalfrequenz und Abtastrate an.