Hallo.
Ich habe eine "Wechselspannung" von +/- 2.5 V. Dieses ist eigentlich
keine Wechselspannung da die Frequenz zwischen 0.01 Hz und 20 Hz
variieren kann.
Diese Wechselspannung hat einen DC offset von 6V. Ich möchte diesen
offset gerne absenken, auf ca 2,5V. Dann kann ich nämlich mit einem
Microcontroller die Spannung messen.
Kann mir einer von euch helfen und mir einen Tip geben wie ich am
einfachsten den Offset absenke ohne auch die Wechselspannung zu
minimieren.
Hatte es mit einem Spannungsteiler versucht. Dabei geht mir aber auch
ein teil der Wechselspannung verloren.
Danke im voraus.
BYE
Thomas
Norbert Xanten wrote:
> Lothar:>> ...ohne auch die Wechselspannung zu minimieren.
Tja, probiers mal aus: die bleibt gleich.
Rechnen wird das mal durch.
Original:
6V-2,5V = 3,5V
6V+2,5V = 8,5V
Und jetzt die Z-Diode:
3,5V-3V = 0,5V
8,5V-3V = 5,5V
Ist das selbe wie:
6V - 3V +-2,5V = 3V +-2,5V
Der Wechselspannungsanteil von +-2,5V bleibt also gleichgroß.
Es wird wie gewünscht nur der Gleichspannungsanteil abgesenkt :-o
EDIT:
> Dabei geht mir aber auch ein teil der Wechselspannung verloren.
Der geht bei der Spannungsteilergeschichte nicht "verloren", sondern
wird auch mit heruntergeteilt. So kommt ein Spannungs- Teiler zu
seinem Namen.
@Tomi
>Ich habe eine "Wechselspannung" von +/- 2.5 V. Dieses ist eigentlich>keine Wechselspannung da die Frequenz zwischen 0.01 Hz und 20 Hz>variieren kann.
die Frequenz sagt nichts über eine 'Wechselspannung' aus - entscheidend
ist, ob das Vorzeichen, sprich die Polarität der Spannung geändert
wird...+/-2.5V bedeutet also erstmal Wechselspannung....
>Diese Wechselspannung hat einen DC offset von 6V. Ich möchte diesen>offset gerne absenken, auf ca 2,5V. Dann kann ich nämlich mit einem>Microcontroller die Spannung messen.
jetzt hast du keine Wechselspannung mehr, sondern eine Gleichspannung,
der eine Wechselspannung überlagert ist...da dein Gleichspannungsanteil
mindestens 6V beträgt, wird deine überlagerte Gleichspannung einen
Minimalwert von 3,5V und einen Maximalwert von 8,5V annehmen...also in
jedem Fall immer die gleiche Polarität und somit Gleichspannung
vorhanden...
du kannst es so machen, wie Lothar schreibt - es hat aber einige
Nachteile...
kennst du dich mit Operationsverstärkern aus?
Gruß
Rudi
Subtrahierer (Standard-OP Schaltung) schlage ich hierfür vor. Dem gibst
du auf einen Eingang (+) deine "Wechselspannung" und auf den anderen
Eingang (-) eine Spannung von 6 V, ich nehm für sowas gerne einen TL431
bzw. LT1431 (das sind relativ genaue, einstellbare
Referenzspannungsquellen).
> du kannst es so machen, wie Lothar schreibt -> es hat aber einige Nachteile...
Temperaturabhängigkeit, Nichtlinearitäten, Exemplarstreuungen...
Aber die OP-Geschichte ist auch nicht ohne.
@ Tomi
Interessant wäre, ob eine (und welche) Versorgungsspannung zur Verfügung
steht, bzw. was da tatsächlich gemacht werden soll, und wie es mit
deinen Elektronikkenntnissen bestellt ist:
> kennst du dich mit Operationsverstärkern aus?
Lothar:
Wenn ich Z-Diode wäre, ich könnte nicht den Gleich- und den
Wechselanteil von einander unterscheiden. Im Gegenteil, ich würde beide
Spannungen ihrem Anteil nach an der Spannungsminderung teilnehmen
lassen.
Die OP-Geschichte ist zwar auch nicht ohne aber doch wesentlich genauer
als mit einer Z-Diode. Die dürfen nämlich durchaus mal um 100mV daneben
liegen und wenn man statt 3V 3.1V abzieht ist das schon nicht grad
wenig. Bei einem OP kann man zwar auch 100mV Abweichung haben aber es
ist doch wesentlich einfacher mit einem OP eine Abweichung von nur 10mV
hinzubekommen als mit einer Zenerdiode. ;)
>Lothar:>>Wenn ich Z-Diode wäre, ich könnte nicht den Gleich- und den>Wechselanteil von einander unterscheiden. Im Gegenteil, ich würde beide>Spannungen ihrem Anteil nach an der Spannungsminderung teilnehmen>lassen.
Dann schau dir mal den Anhang an: Mit Zenerdiode funktioniert es auch
(hab auf die Schnelle jetzt nur eine 4.7V Diode genommen.
Michael, wie die Simulation zeigt, ist der AC-Anteil hinter der Diode
kleiner(-1V) als vor der Diode.
Nochmals: Die Forderung des OT war:
> ...ohne auch die Wechselspannung zu minimieren.
Norbert Xanten wrote:
> Nochmals: Die Forderung des OT war:>> ...ohne auch die Wechselspannung zu minimieren.
Du stehst auf deiner Leitung:
Amplitude vorher: 5Vss
und nachher: 5Vss
Wo liegt jetzt das Problem?
Fazit:
Wenn er nachher die gleiche Spannung haben wollte wie vorher, dann
dürfte er gar nichts machen.
Aber: er will die Amplitude der Wechselspannung gleich halten und den
Gleichspannungsanteil absenken. Wenn aber nachher eine Spannung von
0V...8,5V herauskommen sollte, dann müßte die Wechselspannung verstärkt
werden.
Lothar:
> Du stehst auf deiner Leitung:
Warum so aggressiv?
Bei meinem Diagramm sehe ich: vor der Diode sinds 5 Raster ,hinter der
Diode sinds 4 Raster. Das macht ein Fehler von -20%!
>Michael, wie die Simulation zeigt, ist der AC-Anteil hinter der Diode>kleiner(-1V) als vor der Diode.
Wie ich ja schrieb habe ich eine 4.7V-Diode verwandt und keine 3V, bei
8V Maximum und 4V Minimum der Eingangsspannung muss ja dann der
Wechselanteil "kleiner" (er wird eigentlich verzerrt wie man am Minimum
deutlich sieht) werden.
Norbert Xanten wrote:
> Lothar:>> Wenn ich Z-Diode wäre, ich könnte nicht den Gleich- und den> Wechselanteil von einander unterscheiden. Im Gegenteil, ich würde beide> Spannungen ihrem Anteil nach an der Spannungsminderung teilnehmen> lassen.
Tja, allerdings hat Lothar recht. Es funktioniert so wie er es
beschreibt.
Michael wrote:
>>Lothar:>>>>Wenn ich Z-Diode wäre, ich könnte nicht den Gleich- und den>>Wechselanteil von einander unterscheiden. Im Gegenteil, ich würde beide>>Spannungen ihrem Anteil nach an der Spannungsminderung teilnehmen>>lassen.>> Dann schau dir mal den Anhang an: Mit Zenerdiode funktioniert es auch> (hab auf die Schnelle jetzt nur eine 4.7V Diode genommen.
Letzteres ist hier die Ursache für das Problem. Es muß hier eine Diode
mit weniger Spannung sein. 4.7V sind zu hoch.
>Ach Michael, jetzt wirste peinlich.
Nur für dich, noch mal aufgebaut mit 10V Gleichanteil. Die Mathematik
überlasse ich dir, geh mal davon aus, dass du mit nem Taschenrechner
umgehen kannst.
Norbert Xanten wrote:
> Ach Michael, jetzt wirste peinlich.
Warum so aggressiv?
Nein, ich sehe das auch so: der untere Teil des Sinus (im 1. Bild) ist
verzerrt. Im 2. Bild passt es (mit ausreichend Offset) dann besser.
Michael:
> Nur für dich, noch mal aufgebaut mit 10V Gleichanteil.
Wenn's nicht funktioniert änderst du die Bedingungen so, dass es
funktioniert, unabhängig davon, das die Werte ausserhalb der Specs vom
OT liegen.
Warum simulierst du nicht so, das die geforderten Werte des OT
herauskommen?
> Ach Michael, jetzt wirste peinlich
Ne Norbert, Du bist peinlich. Denn Du bist auf dem Holzweg und denkst
nicht nach:
6V +/- 2,5V - 3,5V = 2,5V +/- 2,5V = +0V / +5V
Hallo.
Danke für die Zahlreichen antworten.
Probiere das mit der Z-Diode aus.
Habe aber eine Frage zum OP-Subtrahierer.
Habe ein OP mit +5V Versorungsspannung, kann ich dann einfach +6V bzw.
(,5V an den Eingang legen?
Komm der OP damit klar? Oder muß ich ein OP nehmen der 12 Volt kann?
Danke.
BYE
Thomas
@Lothar
>Aber die OP-Geschichte ist auch nicht ohne.lach...da hast recht, deswegen war ja auch meine Frage, ob er sich
damit auskennt :-)
..aber sehe, die Diskussion nimmt eh schon 'härtere' Klänge an - dann
klinke ich mich mal lieber aus :-)
Rudi, der allen einen sonnenreichen Tag wünscht :-)
>Habe ein OP mit +5V Versorungsspannung, kann ich dann einfach +6V bzw.>(,5V an den Eingang legen?>Komm der OP damit klar? Oder muß ich ein OP nehmen der 12 Volt kann?
Tomi, nicht einfach nur 'so'....du mußt, wenn du die Betriebsspannung
des OP am Eingang überschreiten mußt, dafür sorgen, dass der Querstrom,
der in den Eingang dann hineinfließt (meistens über interne Schutzdioden
direkt nach GND oder Vcc) den zulässigen Wert nicht überschreitet.
Stichwort: Vorwiderstand - besser aber wäre dennoch, sich im Rahmen der
Betriebsspannung zu bewegen :-)
Rudi
Rudi wrote:
> @Lothar>>Aber die OP-Geschichte ist auch nicht ohne.> lach...
Lach nicht, wart mal ab, was da rauskommt ;-)
Wir sind schon soweit:
5V Versorgungsspannung,
Eingang mit 8,5V über den Rails,
Ausgangsspannungshub 0-5V (+-2,5V).
Mehr Specs gibts nicht. Der Rest liegt im Ermessen des Entwicklers.
Also Leute, ran an den Speck. Ich machs wie Rudi... :-)
EDIT:
@ Rudi: ich dachte, du bist weg... :-o
>Habe aber eine Frage zum OP-Subtrahierer.>Habe ein OP mit +5V Versorungsspannung, kann ich dann einfach +6V bzw.>(,5V an den Eingang legen?>Komm der OP damit klar?
Das kommt auf den OP an. Über seine Versorgungsspannung darf man in
aller Regel nicht gehen aber bei Subtrahierer kann man die
Eingangsspannungen ja wichten über die Widerstände so dass die
Eingangsspannung des Subtrahierers nicht am Eingang des OPs ankommt.
Sind alle Widerstände gleich groß kommen an den Eingängen des OPs nur
noch die halben Eingangsspannung der Subtrahiererschaltung an.
Hier mal die Erklärung aus dem Elektronik Kompendium:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
@Lothar :-)
war ja auch nur noch schnell ne Antwort, damit er den OP nicht sofort
zerlegt :-)
aber wir können gerne noch weiterdiskutieren - solange es einigermaßen
sachlich bleibt...dachte eh immer, dass Elektroniker nicht so emotional
sind lach
Rudi
Die Lösung mit der Z-Diode ist natürlich sehr einfach und kostengünstig,
aber nicht besonders genau, weil der Spannungsabfall immer etwas vom
Strom abhängig ist. Da der Spannungsbereich von 3,5V-8,5V nach 0,0V-5V
verschoben werden soll, die Ausgangsspannung also bis nach 0 herunter-
reichen soll, liegt auch der minimale Strom durch die Z-Diode bei 0. Bei
einem Strom von 0 ist aber der Spannungsabfall an der Diode ebenfalls 0
und nicht, wie gewünscht, 3,5V. Deutlich besser arbeitet die Schaltung,
wenn man den Widerstand, der in Reihe zur Z-Diode liegt, gegen eine
möglichst hohe negative Spannung schaltet. Da sich dann die Spannung am
Widerstand prozentual nicht so stark ändert, bleibt auch der Strom und
damit der Spannungsabfall an der Z-Diode einigermaßen konstant.
Eine bessere Spannungskonstanz erreicht man mit einem Shunt-Regler wie
dem bereits angesprochenen TL431. Er kann wie eine Z-Diode eingesetzt
werden, wobei die "Z-Spannung" über externe Widerstände weiten Grenzen
eingestellt werden kann. So kann man problemlos auch den gewünschten
Spannungsabfall von 3,5V einstellen, für den es m.W. keine Z-Dioden
gibt. Aber auch der Shunt-Regler hat den Nachteil, dass durch ihn ein
gewisser Mindeststrom fließen muss, damit er korrekt arbeitet. Auch hier
kann man sich mit einer negativen Hilfspannung behelfen. Das Ergebnis
ist dann eine sehr genaue Verschiebung des Spannungspegels.
Ohne negative Hilfsspannung kommt folgende Lösung aus: Ein Rail-to-Rail-
Operationsverstärker wird als invertierender Verstärker mit A=-1
geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang wird dabei nicht an GND,
sondern an 4,25V gelegt, die aus 5V über einen Spannungsteiler mit 12k
und 68k bereitgestellt wird. Diese Schaltung liefert bei 3,5V bis 8,5V
Eingangsspannung 5V bis 0V am Ausgang. Ist der OPV nicht phase-reversal-
fest, sollte die Spannung am invertierenden Eingang mit einer Diode
begrenzt werden. Um zu verhindern, dass auf Grund Bauteiltoleranzen die
Ausgangsspannung den Bereich von 0-5V verlässt, kann dieser Bereich
durch die Reduktion des Verstärkungsfaktors von -1 auf bspw. -0,9 etwas
verkleinert werden.
Das Problem mit den (Z-) Dioden ist der unterschiedlich hohe Strom der
durchfließt, wo sich der Spannungsabfall an den Dioden ändert. Das wird
damit mehr eine Schätzung als eine Messung.
Mit OPV wird es an den Rails auch nicht mehr genau, also höhere positive
und kleine negative Betriebsspannung notwendig.
Beim TL431 ist auch eine negative Hilfsspannung notwendig, damit bei
Ausgang 0 Volt der Mindeststrom fließen kann. Also z.B. ICL7660 dafür.
Die Dioden D1 und D2 (oder auch rote LED mit Uf 1,6 Volt) verhindern
eine negative Eingangsspannung für den Microcontroller, welche beim
Fehlen der Eingangsspannung auftreten wird.
Falls die Möglichkeit eines Kurzschlusses der Eingangsleitungen besteht
muß was zur Strombegrenzung rein.
> Die Lösung mit der Z-Diode ist natürlich sehr einfach und kostengünstig,> aber nicht besonders genau, weil der Spannungsabfall immer etwas vom> Strom abhängig ist.
Das habe ich mangels genauerer Spezifikationen wie gesagt als
Freiheitsgrad genommen ;-)
Es wird mit jeder Art von Schaltung schwierig sein, genau 5Vss
Wechselspannung mit 6V Offset nach genau 0..5V zu wandeln, weil
irgendwelche kleinen Verschiebungen in den 6V die ganzen Mühen scheitern
lassen. An dieser Ecke sind die Anforderungen zu streng.
Eben, Lothar. Es kommt halt drauf an was der TE haben will. Wenn er mit
einer Abweichung um die 100mV leben kann ist die Zenerdiode das
simpelste, will er es ein wenig genauer haben könnte die
Subtrahiererschaltung ausreichend sein. Aber das sind Fragen, die nur
der TE beantworten kann.
@Gast:
> Wieso eigentlich 4.25V?
Das ist der Fixpunkt, also der Punkt, wo die Ausgangsspannung gleich der
Eingangsspannung sein soll. Dieser Wert wird als Nullpunkt der
Verstärkung gewählt, auf den sich die Ein- und Ausgangsspannungen
beziehen. Bei einer Verstärkung von -1 wird der vom Threadstarter
genannte Eingangsspannungsbereich wie folgt umgesetzt:
Der Ausgangsspannungsbereich hat also bei der 5V-Versorgung noch 0,25V
Luft nach oben und unten, so dass Bauteiltoleranzen nicht zum
Übersteuern führen. Außerdem werden Ungenauigkeiten des OPV vermieden,
die dadurch enstehen, dass die Ausgangsspannung zu dicht an die
Versorgungsspannungsgrenzen heranreicht.
*mal 'n paar Gedanken in den Raum werf*
..warum nicht eine Subtrahierschaltung mit Verstärkung < 1?..z.B 0.5....
...da ich ja anschließend einen Controller mit ADC verwende und weiß,
dass der gemessene Wert nur die Hälfte des tatsächlichen Wertes ist -
brauche ich doch nur einmal links schieben...
..ok, Auflösung wir reduziert...spielt das hier wirklich eine Rolle?
wenn nein, ist dann die simple und einfache Schaltung von Lothar am Ende
doch der Weisheit letzter Schluß?
wünsche euch noch einen sonnigen Tag
Rudi
