Hallo,
ich bin neu in der Elektrotechnik und kurz vorm verzweifeln
Ich habe folgendes Ziel:
Ich habe eine Spannung von 24V die um die 0.6V schwankt.
Zusätzlich habe ich eine Referenzspannung von 2.5V.
Beide Spannungen möchte ich vergleichen und über einen AD-Wandler im µC
einlesen. Deshalb ist es wichtig, dass im perfekten Fall(d.h.
Spannung=24V) 2.5V nach dem Subtrahierer rauskommen.
Dies mache ich mit einem Spannungsteiler von 24V auf 6V und
dimensioniere R1=R3=5k und R2=R4=7k. Somit habe ich im idealfall meine
2.5V anliegen.
Schwankt die Spannung auf z.B. 24.6 Volt, kommen am Ausgang des
Subtrahieres nun 2,6V raus. Ich hätte aber gerne 3.1V. Sprich ich möchte
die Schwankungen meiner Spannung direkt übertragen oder sogar
verstärken, allerdings sollte meine Offset bei Sollspannung immer 2.5V
sein.
Irgendwie stehe ich total auf dem Schlauch. Vielleicht hat ja jemand
einen Tipp
sebi1001 schrieb:> Ich habe eine Spannung von 24V die um die 0.6V schwankt.
Deine Aussage ist unpräzise. Bitte gib den grössten und
kleinsten Spannungswert am Eingang an und den grössten
und kleinsten gewünschten Wert am Ausgang an. Normaler-
weise löst man solche Probleme mit einem Spannungsteiler
mit Offset, so wie er hier im Tutorial beschrieben wird.
Harald W. schrieb:> Deine Aussage ist unpräzise. Bitte gib den grössten und> kleinsten Spannungswert am Eingang an und den grössten> und kleinsten gewünschten Wert am Ausgang an. Normaler-> weise löst man solche Probleme mit einem Spannungsteiler> mit Offset, so wie er hier im Tutorial beschrieben wird.
Eingang 23.6-24.6V
Ausgang 1.9-3.1V
Werde mir das gleich mal durchlesen
sebi1001 schrieb:> Eingang 23.6-24.6V> Ausgang 1.9-3.1V>> Werde mir das gleich mal durchlesen
Das Problem ist, dass ich kein genaues VCC habe. Dies schwankt mit der
Zeit. Ich habe nur Vref 2.5 V
Sorry aber ich bin nicht sicher ob ich das verstehe.
Du hast
24V -> 2,5V
24,6V -> 3,1V
23,4V -> 1,9V
Dann lass doch den Spannungsteiler und ziehe von der Eingangsspannung
einfach 21,5V ab.
Nix Offset, nix Verstärkung.
Und die 22,5V kriegst du einfach mit einem OP mit entsprechender
Verstärkung aus deiner Referenzspannung.
Wenn es nicht allzu präzise (insb. beim Temperaturgang bzw.
Reproduzierbarkeit) sein soll, könnte man die überflüssigen 22V einfach
mit einer 22V-Zenerdiode loswerden.
Also in etwa so:
1
Vin ----L<----+----R2----> Vout
2
ZD22V |
3
R1
4
|
5
GND ----------+----------
Aus dem Bauchgefühl heraus würde ich R1 so 2k2-10k und R2 10k nehmen.
Georg A. schrieb:> die überflüssigen 22V einfach mit einer 22V-Zenerdiode loswerden.
Z-Dioden sind obsolet. Heutzutage nimmt man eine entsprechende
Schaltung mit nem TL431.
Harald W. schrieb:> Z-Dioden sind obsolet.
Dafür gibts noch erstaunlich viele zu kaufen...
> Heutzutage nimmt man eine entsprechende> Schaltung mit nem TL431.
Kann man machen, allerdings braucht der ein paaw Widerstände mehr und es
ist aus der obigen Beschreibung unklar, ob die für den TL431 nötigen 1mA
zur Verfügung stehen. Gibt zwar den ATL431 mit deutlich weniger Strom,
aber der ist kein so Allerweltsbauteil.
Der Andere schrieb:> Sorry aber ich bin nicht sicher ob ich das verstehe.> Du hast> 24V -> 2,5V> 24,6V -> 3,1V> 23,4V -> 1,9V>> Dann lass doch den Spannungsteiler und ziehe von der Eingangsspannung> einfach 21,5V ab.>> Nix Offset, nix Verstärkung.> Und die 22,5V kriegst du einfach mit einem OP mit entsprechender> Verstärkung aus deiner Referenzspannung.
Das wars. Danke für den Tipp. War ja echt relativ einfach aber ich lerne
jeden Tag dazu:)
sebi1001 schrieb:> Das wars. Danke für den Tipp. War ja echt relativ einfach aber ich lerne> jeden Tag dazu:)
Du weisst aber auch, dass der dazugehörige Opamp dann auch mit
mindestens 24.6V versorgt werden will? Je nach Typ können es sogar ein
paar V mehr sein...
Georg A. schrieb:> Du weisst aber auch, dass der dazugehörige Opamp dann auch mit> mindestens 24.6V versorgt werden will? Je nach Typ können es sogar ein> paar V mehr sein...
Wie genau ist denn die Z Dioden Lösung über einen entsprechenden
Temperaturbereich?
Der max. Spannungshub sind 1,2V. Wenn die Z-Diode jetzt einen Fehler von
0,2V hat ist das auf die Ausgangsspannung bezogen schon 16%. Wenn man
den Zielwert als +-0,6V betrachtet könnte man sogar sagen 33%.
Das Problem bei diesem Vorhaben ist, dass der gewünschte Offset (21,5V)
viel größer als der zu messende Spannungshub (±0,6V) ist. Die Schaltung
muss deswegen sehr genau arbeiten und aus entsprechend guten Komponenten
aufgebaut werden. Eine Z-Diode ist dafür viel zu ungenau.
Das Beispiel im Anhang erfüllt, aus idealen Komponenten aufgebaut, die
Anforderungen perfekt. In der Praxis sollten die Widerstände einen
Fehler von maximal etwa 0,1% aufweisen, um akzeptable Ergebnisse zu
erhalten. Wichtig ist, dass folgende Verhältnisse sehr genau stimmen:
R2:R1 = R3:R4 = 21,5V:2,5V = 43:5
Am besten macht man deswegen zwei der Widerstände, bspw. R1 und R4,
durch eine Kombination aus Festwiderstand und Spindelpoti abgleichbar.
Georg A. schrieb:> Du weisst aber auch, dass der dazugehörige Opamp dann auch mit> mindestens 24.6V versorgt werden will?
5V sind völlig ausreichend, dafür muss der Opamp nicht einmal Rail-to-
Rail sein. Wie aus der Simulation ersichtlich ist, bleiben sowohl die
Eingangs- als auch die Ausgangsspannungen des Opamp deutlich innerhalb
von 0..5V.
Upps, da bin ich zu spät gekommen - Yalu X. hat genau
das verwirklicht, woran ich noch am Überlegen war!
Was soll denn auch der Quatsch, noch eine super-präzise
Z-Diode von 21,5 V (die es garnicht käuflich gibt) einzufügen,
wenn es nur eine Referenz (2,5 V, vorhanden) und eine
kluge verstärkende Vergleichsschaltung (Widerstandsverhältnis)
braucht.
Stimmt leider: Man braucht zwei einstellbare Widerstände:
Nullabgleich und Verstärkungsfaktor, wenn es genau sein soll.
Der Einfachheit halber würde ich bei R1 und R4
10 kOhm-Spindeltrimmer einsetzen, die jeweils auf Mitte
gestellt (ca. 5 kOhm) eingesetzt werden.
Mit R4 stellt man auf 2,5 V am Ausgang, bei 24,0 V zu
überwachender Spannung. (Offset - Nullabgleich)
Mit R1 stellt man auf 3,1 V am Ausgang, bei 24,6 V zu
überwachender Spannung. (Skalenfaktor - Verstärkung)
Wenn es doch einfacher sein soll, könnte man auf die
Einstellung der Verstärkung verzichten und beim 5 kOhm
Festwiderstand R1 bleiben - dann erfasst man die Abweichung
eben mit etwas Toleranz - vielleicht +/- 2%...
Loran schrieb:> Der Einfachheit halber würde ich bei R1 und R4> 10 kOhm-Spindeltrimmer einsetzen, die jeweils auf Mitte> gestellt (ca. 5 kOhm) eingesetzt werden.
Denk daran, das alles was man verstellen kann, sich auch gern
selbst verstellt. Festwiderstände sind da deutlich stabiler.
Yalu X. schrieb:> Das Beispiel im Anhang erfüllt, aus idealen Komponenten aufgebaut, die> Anforderungen perfekt. In der Praxis sollten die Widerstände einen> Fehler von maximal etwa 0,1% aufweisen, um akzeptable Ergebnisse zu> erhalten. Wichtig ist, dass folgende Verhältnisse sehr genau stimmen:>> R2:R1 = R3:R4 = 21,5V:2,5V = 43:5
Perfekt, passt genau in meine Anforderungen.
So hatte ich es Anfangs auch probiert, allerdings bin ich nicht auf die
Gleichung gekommen.
Ich hatte immer nur mit Uout=R2/R1*(Ue2-Ue1) gerechnet.
Irgendwie stehe ich auf dem Schlauch. vielleicht hast du ja Lust mir mal
zu erklären, wie du auf die Gleichung gekommen bist.
sebi1001 schrieb:> Ich hatte immer nur mit Uout=R2/R1*(Ue2-Ue1) gerechnet.
Das wäre beim gewöhnlichen Subtrahierer so, bei dem R2:R1 = R4:R3 ist.
Hier möchtest du aber die beiden Eingangsspannungen (2,5V und 24V±0,6V)
unterschiedlich verstärken, was andere Widerstandsverhältnisse
erfordert.
> Irgendwie stehe ich auf dem Schlauch. vielleicht hast du ja Lust mir mal> zu erklären, wie du auf die Gleichung gekommen bist.
Du kannst ganz klassisch mit dem Knoten- oder Maschenverfahren lösen
oder – etwas einfacher – mit folgender Überlegung:
Es soll
Uout = U2 - 21,5V = 1·U2 - 8,6·U1
sein.
U1 muss also um den Faktor -8,6 verstärkt werden. Setzt man U2=0, liegt
der nichtinvertierende Eingang des Opamp auf 0, und die Schaltung
reduziert sich auf einen einfachen nichtinvertierenden Verstärker mit
der Verstärkung -R2/R1. Also muss R2/R1 = 8,6 = 43/5 sein, was bspw. für
R2=43kΩ und R1=5kΩ erfüllt ist.
Der Verstärkungsfaktor für U2 soll 1 sein. Würde man U2 direkt an den
nichtinvertierenden Eingang des Opamp anschließen, wäre die Schaltung
für U1 ein nichtinvertierender Verstärker mit der Verstärkung 1+R2/R1 =
9,6. Das ist natürlich viel zu viel. Um die Verstärkung zu reduzieren,
fügt man einfach einen Spannungteiler (R3 und R4) hinzu, der U2 durch
den Faktor 9,6 dividiert, was insgesamt die gewünschte Verstärkung von 1
ergibt. Dies wird erreicht, indem man den Spannungsteiler gleich wie den
Feedback-Spannungsteiler aus R2 und R1 dimensioniert.
