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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungseiler+überspannungsschutz


Autor: Holger E. (shizar)
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ich muss an meinem ARM board ein sensorsignal auslesen, der AD wandler 
hat einen Pulldown widerstand zu ground von 47kohm
bereich 0-3,3V
sensorsignal geht bis 14V (kann aber auch bis 18V hochgehen)
ok also brauch ich eine schaltung :)
habe mir folgende überlegt, und wollte einfach mal nachfragen ob das 
richtig ist :)
Schaltung:

gnd--------------------------------------------------pin-----------
                   |         |                                |
                  |1k|      /_\z-Diode (ZD 3,3 0,5W)        |47k|
                   |         |                                |
Vss-----||3,3K||-------------------------------------pin------------


Plan:
der Spannungsteiler reguliert die spg von 0 -> 15V runter auf 0 -> 3,3V

die z-Diode sollte die spg auf 3,3V halten wenn die Spg auf über 15V 
geht!

was ich nun eben nicht weis, warum k-Ohm widerstände?  und nicht im ohm 
bereich... hängt warscheinlich von den daten der Z-Diode ab? wollte 
diese von reichelt verwenden(ZD 3,3 0,5W):
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUPID=299...

also auf http://www.fachlexika.de/technik/mechatronik/diode.html
steht Iz= 5mA, was bei mir ja das wäre:
I=U/R--> 3,3/1k= 3,3mA
noch ne Frage: Iz= der maximale strom den die Z-Diode verträgt?


danke :)

Autor: MaWin (Gast)
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Du musst wissen, wie hoch deine Spannung maximal sein kann (und wie 
lange :-)

Du weisst aus dem Datenblatt des AVR, dass der A/D-Eingang eines AVRs an 
eine Quelle von ca. 10 kOhm Impedanz angeschlossen werden kann, und 
immer noch richtig misst.

Also hat dein 1k Widerstand eher 10k und dein 3k3 Widerstand eher 33k.

Im AVR ist eine Diode, die vom Eingang nach VCC leitet, wenn die 
Spannung am Eingang über VCC liegt. Aber über die Diode darf nicht zu 
viel Strom fliessen, nur so 40mA. Das reicht bei deinem 33k Widerstand 
für Eingangsspannungen bis ca. 1300V. Allerdings nur kurzzeitig, denn 
der Widerstand müsste 52 Watt aushalten.

Wenn du nur 18V hast, passt das also ohne Z-Diode (die leider viel zu 
hohe Toleranzen hat, wo man also besser eine Schottky-Diode vom Eingang 
nach VCC legt, die wiederum zu hohe Rückströme hat, also darf es eine 
BAY99 sein, die muss man dann von den internen Diode über einen weiteren 
Widerstand entkoppeln, u.s.w. es wird also immer schwieriger wenn man 
erst mal damit anfängt...).

Wenn deine 18V aber aus dem Auto stammen, lies:
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

Autor: Holger E. (shizar)
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hmmm also das ding soll in nen Traktor :)
und dort was von nem Sensor messen, wie genau der angeschlossen wird 
weis ich jetzt nicht wirklich....
und ich habe keinen AVR, sondern nen ARM und dort ist im Datenblatt 
keine Diode erwähnt!
und ohne Z-Diode? hmm kann ja immer mal passieren das da 20V 
anliegen(würde bei diesem spg teiler somit auf 4,6V steigen)  also sowas 
will ich dem armen Analog In nicht zumuten, der wird bestimmt sauer ;)

und bei dem 10fach höheren spg.teiler wäre der strom durch die Z-Diode 
bei 0,33mA hmm da Iz min= 0,1*Iz_max ist(laut der fachlexika seite) wäre 
Iz min bei dieser Z-Diode 0,5mA... und somit würde die nicht anspringen 
zumindest wenn ich da ein klein wenig verstndnis für habe, aber in 
analogtechnik bin ich nicht sonderlich bewandert, ich stehe eher uf 
101001110...

Autor: Holger E. (shizar)
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hmm mir ist eben aufgefallen, das ich bei der Iz berechnung wohl nen 
Fehler habe, oder?

wenn die spg. nun auf 16V steigt und die zDiode anfängt zu leiten, dann 
bildet sich doch aus dem 1K Widerstand und der z-Diode eine 
Paralellschaltung.d.h. der Iz berechnet sich nicht mit 1kOhm.

wenn ich will das die Diode ab 16V eingangssg anfängt zu "blocken" bin 
ich mit einem Izmin von 0,5mA auf einen wert für meinen obrigen 1k 
widerstand von maximal 84 Ohm gekommen, das kann nun wirklich nicht 
sein...
also ist mein Iz min falsch... habe mir die datenblätter bei Reichelt 
mal angeschaut... ich steige da nicht durch :(
kann mir jemand sagen was der minimale und der maximale strom ist der 
durch die ( 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=6;LA=3;ARTICLE=231... 
) diode fließnem darf/muss!
wäre echt nett :)

Autor: HildeK (Gast)
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                                     VCC
                       Schottky       o
                                      |
                       .->|-----------o
                R1     |              |
                ___    |      .-------o------.
           In -|___|---o------o              |
                       |      |              |
                      .-.     |      A/D     |
                      | |     |              |
                   R2 | |     |              |
                      '-'     '--------------'
                       |             |
                       |            ===
                      ===           GND
                      GND
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
Ich würde die Schaltung so wählen, wie oben gezeichnet.
R1 und R2 so als Spannungsteiler berechnen, dass bei der höchsten 
nominalen Eingangsspannung der Aussteuerbereich des AD nicht verlassen 
wird. Eventuell höhere Spitzen auf der Eingangsseite leitet dann die 
Schottkydiode nach VCC ab. Im Nominalbereich leitet dann die Diode 
nicht, nur bei einer ev. Übersteuerung. Dann ist der Eingang zwar um 
0.3V übersteuert, aber das verträgt dieser ohne Probleme.
Der Nachteil der Z-Diodenlösung ist der nicht sehr scharfe Knick der 
Kennlinie, d.h. sie leitet u.U. schon viel zu früh bzw. bzw. leitet erst 
bei einer zu hohen Spannung genügend ab. Kein idealer Schutz.
Da MaWin oben schrieb, dass die Quellimpedanz des AD-Eingangs ca. 10k 
betragen darf, so würde ich die Werte von R1 und R2 so wählen, dass ihre 
Parallelschaltung ca. 5k-10k beträgt. In R1 ist natürlich der 
Innenwiderstand der Quelle enthalten.
Voraussetzung ist, dass der Strom über die Diode auch von der Schaltung 
aufgenommen werden kann, d.h. (Uinmax-VCC)/R1 muss kleiner sein als die 
minimale Stromaufnahme der Schaltung. Meist ist das aber kein Problem.

Autor: Volker K. (powerfreak)
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MaWin schrieb:

> Im AVR ist eine Diode, die vom Eingang nach VCC leitet, wenn die
> Spannung am Eingang über VCC liegt. Aber über die Diode darf nicht zu
> viel Strom fliessen, nur so 40mA. Das reicht bei deinem 33k Widerstand
> für Eingangsspannungen bis ca. 1300V. Allerdings nur kurzzeitig, denn
> der Widerstand müsste 52 Watt aushalten.

Bitte Vorsicht.
Die Diode ist nur für den Eigenschutz da, und auch nur für >SEHR< kurze 
Zeiten.

Sobald die Diode am AD-Wandler oder einem benachbarten analogen oder 
digitalen Kanal leitet bilden sich Substratströme, die das GND Potential 
in verschiedenen Schaltungsteilen auf dem Chip anheben.

Selbst wenn die Ströme moderat sind, und den Chip nicht schädigen führt 
das dazu, daß Deine AD-Wandler nicht mehr richtig messen.

Gruß
Volker

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