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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DAC: +3,3V auf +-10V: Geht's noch einfacher ?


Autor: Max H. (maxh)
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Hallo,

ich moechte aus einem DAC , welcher maximal eine unipolare Spannung von 
+3,3V ausgibt, durch einen nachgeschalteten OpAmp am Ende +-10V ausgeben 
koennen.

Ich habe mir die im Screenshot gezeigte Spannung simuliert; diese 
verhaelt sich auch wie gewuenscht - jedoch wuerde es mich interessieren, 
ob mit auch mit nur insgesamt einem OpAmp und anderer Beschaltung das 
von mir gewuenschte Ausgangsverhalten erreichbar ist, d.h. ich moechte 
die Pegelverschiebung des Ersten und die Verstaerkung des zweiten OpAmps 
in einem OpAmp haben.

Danke

Max

Autor: josef (Gast)
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Mit einem 'multiplying' DAC kann man das z.B. mit einem OpAmp erreichen.
-> http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/dac7811.html

Autor: Max H. (maxh)
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Hallo Josef,

danke fuer Deine Antwort.

Ich hatte versaeumt extra zu betonen, das ich beim DAC festgelegt bin, 
also wirklich nur 0V bis +3,3V ausgeben kann.

Gruesse
Max

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Max H. (maxh)

>ob mit auch mit nur insgesamt einem OpAmp und anderer Beschaltung das

Sicher, nichts einfacher als das. Invertierender Verstärker als 
Addierverstärker. + Eingang per Spannungsteiler auf 3,3/2=1,65V, dann 
halt mit z.B. 1k vom Dac auf den - Eingang, Rückkopplung vom Ausgang auf 
- Eingang per 10/1,65*1k= 6,06k, muss man halt den nächsten E-Wert 
nehmen.
Die Invertierung kann man leicht per Software wieder hindrehen.

MfG
Falk

Autor: Dieter Werner (dds5)
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Man muss R2 so groß wie R3 machen, dann hat der erste OP die richtige 
Verstärkung.
Als Ausgleich muss die VRef für die Verschiebung des Nullpunkts 
entsprechend niedriger gewählt werden.

Autor: Max H. (maxh)
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Hallo Falk,

danke fuer Deine Anwort.

So wie ich Dich verstanden habe, schlaegst Du diese Schaltung, wie ich 
sie wieder als Screenshot angehaengt habe, vor ?

Der Simulator (Qucs) sagt mir, dass fuer:
0V am DAC => 11,6V an V_OUT
1,65V am DAC => 1,65V an V_OUT
3,3V am DAC => -8,35V an V_OUT
rauskommen. Kannst Du bitte nochmal meinen Screenshot anschauen, ob ich 
Dich auch richtig verstanden habe ?

Die Umdrehung des Vorzeichens ist, wie Du vorgeschlagen hast, 
problemlos, da ich frei in das Register des DACs schreiben kann.

Gruesse
Max

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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try this:


1V65 ----[3k3]----o-----[20k0]-----o-------- Uout
                  |                |
                  |   .------.     |
                  '---|-     |     |
                      |      |-----'
Udac ----[3k3]----o---|+     |
                  |   '------'
                 20k0     UB= +/-12V
                  |
GND --------------o------------------------- GND

Autor: Josef H. (Gast)
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Ich würd sagen, der Widerstand nach Ground muss noch weg.
Also wie die Schaltung zuvor, nur invertierender und 
nicht-invertierender Eingang vertauscht. ;-)

MfG,

Josef

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Ich würd sagen, der Widerstand nach Ground muss noch weg.

Nein der muss dort schon bleiben....

Autor: Josef H. (Gast)
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stimmt, hast recht.

Autor: Max H. (maxh)
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Hallo Matthias,

ich danke Dir fuer Deine Antwort. Deine Loesung funktioniert so, wie ich 
mir das gewuenscht habe.

0V am DAC => -10,0V an V_OUT
1,65V am DAC => 0,0V an V_OUT
3,3V am DAC => +10,0V an V_OUT

Als Dokumentation fuer weitere Suchende habe ich Deine Ascii Zeichnung 
nochmal aus dem Simulator als Screenshot kopiert und angehaengt.

Danke ebenfalls an alle anderen Schreiber, die geantwortet haben.

Gruesse
Max

Autor: Ahnungslos_0815 (Gast)
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@ Max H. (maxh)

Wo kriegtst du in der Realität Uref +1,65V her?

Ich würde anstelle von R1 (3k3) zwei Widerstände a 6k6 nehmen.
Der eine geht an Masse, der andere an +3,3V.
Am Knotenpunkt der beiden Widerstände sieht die Schaltung dann eine 
Spannung von +1,65V mit einem Widerstand von 6k6 || 6k6 = 3k3.
Dieser Knotenpunkt wird mit dem - Eingang des OP's verbunden.
E voila!

Autor: Max H. (maxh)
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Hallo Ahnungslos_0815,

Du hast recht, der Spannungsteiler sollte, der Vollstaendigkeit halber, 
mit ins Bild. Danke.

Ich habe einen neuen Screenshot angefuegt.

Gruesse
Max

Autor: 900ss D. (900ss)
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Hallo,
ich habe gerade genau dasselbe Problem. Möchte von 0V-3.3V
eine Spannung von -5V bis +5V machen.

Hatte mir auch die Schaltung so ausgedacht, wie Falk oben vorgeschlagen 
hat, aber sie funktioniert so schlecht wie Max oben auch festgestellt 
hat.

Dann hab ich die Schaltung von Matthias mit der Modifikation von 
Ahnungslos_0815 simuliert mit angepaßten Widerstandswerten und es 
funktioniert. Also ich bekomme meine gewünschte Ausgangsspannung schon.
Aber zufrieden stellt mich das nicht.

1) Weshalb funktioniert die Schaltung von Falk nicht?
2) Weshalb die von Matthias?
3) Wie würde ein invertierender Verstärker aussehen?

Wer kann mir die Fragen beantworten. Ich würde das gerne verstehen und 
nicht nur nachbasteln :-) Bei Erklärungen bitte nicht zuviel Wissen über 
OPs voraussetzen ;-)

Gruß Joachim

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> 1) Weshalb funktioniert die Schaltung von Falk nicht?
Weil deine halbe Spannung 3,3V/2 = 1,65 Volt wären
(das sollte am Ausgang 0V geben).

Damit kommen am ADC 1,65 Volt heraus, am + Eingang liegen 1,65V.
Was muß jetzt am Ausgang des OpAmps herauskommen, damit die 
Spannungsdifferenz zwischen + und - Eingang 0V ist?
Richtig: auch 1,65V.

> 2) Weshalb die von Matthias?
Das ist ein nichtinvertierender Verstärker um den Faktor 6, dem über den 
- Eingang ein Offset abgezogen wird.

Die Überlegungen kannst du dir relativ leicht selber nachvollziehen:
Der OP versucht, solange er funktioniert/kann, an + und - Eingang die 
gleiche Spannung einzustellen.

Autor: yalu (Gast)
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zu 1: Weil er etwas zu einfach gedacht hat. Die 1,65V am nichtinver-
tierenden Eingang bewirken eine Verschiebung des Bezugspunkts. Sie wer-
den sozusagen vor der (negativen) Verstärkung vom Signal subtrahiert und
hinterher wieder addiert. Letzteres hat Falk vergessen zu berücksichti-
gen, deswegen liegt die gemessene Ausgangsspannung um 1,65V zu hoch.

zu 2: Weil sie besser ist :)  (s. Beitrag von Lothar)

zu 3: Die Schaltung von Falk funktioniert, wenn man als Referenzspannung
am nichtinvertierenden Eingang 330/233 V = 1,416V statt 1,65V anlegt.

Autor: yalu (Gast)
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Der nichtinvertierende Umsetzer von 0..3,3V nach +10V..-10V kann auch
wie im Anhang ausgeführt werden. Die Vorteile gegenüber der Schaltung
von Matthias: Zwei Widerstände weniger und einen hochohmigen Eingang.

Autor: 900ss D. (900ss)
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Lothar Miller schrieb:
>> 1) Weshalb funktioniert die Schaltung von Falk nicht?
> Weil deine halbe Spannung 3,3V/2 = 1,65 Volt wären
> (das sollte am Ausgang 0V geben).
>
> Damit kommen am ADC 1,65 Volt heraus, am + Eingang liegen 1,65V.
> Was muß jetzt am Ausgang des OpAmps herauskommen, damit die
> Spannungsdifferenz zwischen + und - Eingang 0V ist?
> Richtig: auch 1,65V.
>

Das kann ich mir jetzt mit deiner unten stehenden Erklärung auch so 
ausrechnen, danke dir.

>
> Die Überlegungen kannst du dir relativ leicht selber nachvollziehen:
> Der OP versucht, solange er funktioniert/kann, an + und - Eingang die
> gleiche Spannung einzustellen.

Auf diese Erklärung bin ich nur nicht drauf gekommen und hatte es 
einfach nicht berücksichtigt, sondern nur 1,65V am neg. Eingang 
angenommen, also auch 1,65V für den pos. Eingang berechnet.
Aber jetzt verstehe ich es.

Autor: 900ss D. (900ss)
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yalu schrieb:
> zu 3: Die Schaltung von Falk funktioniert, wenn man als Referenzspannung
> am nichtinvertierenden Eingang 330/233 V = 1,416V statt 1,65V anlegt.

Ich komme auch auf 1.416V aber auf einem anderen Weg und es funktioniert 
dann auch. Aber woher hast du das Verhältnis 330/233V? Vielleicht ist es 
auch zu früh ;-)

Danke dir,
Joachim

Autor: 900ss D. (900ss)
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Yalu, wie du auf das Verhältnis von 1.416 kommst, ist mir klar. Aber 
woher du die Zahlen 330 und 233 dafür hast, das bleibt mir verborgen. 
Hmmm...

Wenn ich deine zuletzt gepostete Schaltung (nicht invertierend) nutzen 
möchte, aber per Trimmpoti einen Abgleich von Offsetspannung und mittels 
weiterem Poti auch die Verstärkung abgleichbar machen möchte, wird es 
wahrscheinlich schwierig?!?!

Wenn ich das richtig verstehe, würde ein Trimmer für R1 als 
Offsettrimmer auch die Verstärkung beeinflussen und ein Trimmer für R2 
als Verstärkungstrimmer auch den Offset?

Wie löst man das? Oder ist man dann gezwungen, zwei OPs zu nehmen um die 
Beeinflussungen zu eliminieren?

Also im Prinzip brauche ich eine Schaltung die 0V bis 3.3V zu -5V bis 
+5V macht. Die Verstärkung soll aber abgleichbar sein zur 
Feinjustierung. Desweiteren sollte der Offset von 1.65V zur 
Feinjustierung abgleichbar sein. Geht das mit einem OP?

Hast du (oder jemand anderes) einen Tip für mich?

Danke dir.
Joachim

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