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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dimensionierung R für Strom und Spannungsmessung


Autor: Sascha Dürkes (plutoonline)
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Hallo,
ich möchte mit einem Atmega8 über den ADC Strom und Spannung an einem 
Netzteil messen/überwachen.
Ist ja soweit alles kein Problem, nur wie ich die Widerstände 
dimensionieren muss ist mir noch nicht so ganz klar.
Klar ist das für die Strommessung ein möglichst kleiner Widerstand mit 
entsprechender Leistung gefordert ist und für die Spannungsmessung ein 
möglichst Hochohmiger Spannungsteiler gefordert ist.

Wenn ich jetzt zum beispiel 0-30Volt mit max 2 Ampere messen will wie 
groß sind dann die Widerstände zu besmessen.
Ist der Spannungsteiler mit 1M Gesammtwiderstand OK oder reicht der 
Strom bei einer Spannung von z.B 0,1V dann nicht mehr um den ADC zu 
versorgen?
Es würden dan ja nur 1nV am ADC anliegen.

Beim Shunt steh ich genauso im Dunkeln hat da jemand einen Tip?

Vilen Dank schonmal....

Autor: Moritz (Gast)
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Ich glaube du hast da was nicht verstanden.
Was hat der Spannungsteiler mit der Versorgung des ADC`s zu tun.
Setz den Spannungsteiler im mittleren bis oberen kOhm Bereich an, da 
liegst du nicht schlecht.
Einfaches Beispiel: Wenn du 1V "full scale" am ADC brauchst und du 
willst 30V messen, dann nimm einen 1K und einen 29K Widerstand. Ebenso 
geht ein 10K und ein 290K Widerstand.
Beim Shunt (Strommessung) natürlich schön niederohmig bleiben!
Aber trotzdem schauen, dass du noch genügend Spannung am ADC-Eingang 
erzeugst.
Einfaches Beispiel: 10A*0,1R = 1V Das kannst du gut messen bzw. 
auflösen.
Achte aber beim Shunt noch auf ausreichend hohe Leistung.

Autor: noips (Gast)
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>Ich glaube du hast da was nicht verstanden.
>Was hat der Spannungsteiler mit der Versorgung des ADC`s zu tun.

Ich glaube er denkt schon richtig. Er meint, der ADC-Eingang zieht ja 
auch Strom aus dem Spannungsteiler, wenn auch nur sehr wenig. Und wenn 
der größere Widerstand des Teilers zu hoch ist, fließt kaum Strom durch 
und kann auch nicht in den ADC.

Man kann das aber auch anders sehen:

Wenn der untere Widerstand des Spannungsteiler in die Größenordnung des 
ADC-Eingangswiderstandes kommt, sitmmt das Spannungsverhältnis am Teiler 
nicht mehr.

Autor: MaWin (Gast)
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Der Spannungsteiler muss die maximale Spannung auf den maximalen 
A/D-Wert teilen, wenn ich mal den ATMega168 mit 1.1V Aref nehme
also um ca. 30:1.

Du findest im Datenblatt des ATMega, daß die Eingangsimpedanz maximal 
10k betragen darf, damit er richtig misst, also 10k nach Masse und 290k 
an deine 30V.
Das schützt auch den ATMega, wenn er noch ausgeschaltet ist und das 
Netzteil schon Spannungproduzieren sollte.
Ein kleiner Kondenstaor, 10nF bis 100nF vom Eingang nach Masse bildet 
zusammen mit den 290k einen Tiefpass, was auch wünschenswert sein kann.

Beim Strom sollte nicht zu viel Leistung verbraten werden, aber es muss 
genug Spannung rauskommen, um auch geringe Sträme messen zu können. Der 
ATmega misst 1mV, und wen du einen 0.5 Ohm als Shunt nimmst, heisst das 
er kann 2mA auflösen. Maximal bei 2A falölen an den 0.5 Ohm 1V ab, und 
entstehen 2Watt Verlust. Zwischen den Shunt und den ADC-Eingang kommt 
auch ein 10k Widerstand, und eventuell ein 10nF Kondensator vom Eingang 
nach Masse, um kurze Störimpuls fernzuhalten, und den noch 
ausgeschaltetetn ATMega bei schon eingeschaltetem Netzteil zu schützen.

Hast du nun einen Atmel mit 2.54 oder 5V Referenz, wäre eine 
Verlustleistung von 5W oder 10W am Shunt zu viel, du kannst nur einen 
Teil des Bereichs nutzen und verlierst damit Genauigkeit (egal, falls 
dir eine Auflösung von 10mA reicht), oder brauchst einen externen OpAmp 
als Verstärker, der einen Spannungsabfall von sagen wir 0.5V eben auf 
2.5 oder 5V verstärkt.

Autor: Moritz (Gast)
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Darum soll er ja den Spannungsteiler nicht so hochohmig machen! Die 
Spannung solle ja auch einigermaßen stabil sein und wenn ich einen 
Spannungsteiler im höheren MOhm bereich habe, habe ich auch einen extrem 
weiche Spannung.

Wenn man das mal mit meinem Bsp. ausrechnet:

30V/(29K+1K) = 1mA      passt !!!

Autor: noips (Gast)
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@ MaWin

>Du findest im Datenblatt des ATMega, daß die Eingangsimpedanz maximal
>10k betragen darf, damit er richtig misst, also 10k nach Masse und 290k
>an deine 30V.

Das habe ich jetzt nicht kapiert. Welche Eingangsimpedanz ist gemeint?

Autor: Moritz (Gast)
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@ MaWin

Du hast natürlich recht, ein paar Kondensatoren sollten dabei nicht 
fehlen.

Autor: Sascha Dürkes (plutoonline)
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Ich glaube ich muss dass besser erklären was ich meine.
Bsp:

Spannungsteiler 833K Ohm und 167K Ohm (Klar das es diese Werte so nicht 
gibt)
Also hat der Spannungsteiler in Summe 1M Ohm.
Liegen jetzt zB. 30 Volt am Eingang an so würde durch den 
Spannungsteiler ein Strom von 30µA fliessen. Am 833K Widerstand 25V 
abfallen und am 167K Widerstand 5V abfallen.

Liegen jetzt zB. 0,2 Volt am Eingang an so würde durch den 
Spannungsteiler ein Strom von 2nA fliessen. Am 833K Widerstand 166V 
abfallen und am 167K Widerstand 33mV abfallen.

Ist das so Richtig?

Autor: MaWin (Gast)
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> Das habe ich jetzt nicht kapiert.

Du hats ja auch gar nicht gefragt.

> Welche Eingangsimpedanz ist gemeint?

Die, die der Eingagn des uC sieht.
Er belastet die zu messende Spannungsquelle (minimal).
Und wenn die Spannungsquelle mehr als 10k Quellwiderstand hat,
dann verfälscht der klenie Messstrom das Messergebnis.
Hat sie 10k oder weniger, ist alles in Ordnung.

Autor: holger (Gast)
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The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of 
approximately 10 kΩ or less. If such a source is used, the sampling time 
will be negligible.
If a source with higher impedance
is used, the sampling time will depend on how long time the source needs 
to charge the S/H capacitor, with can vary widely. The user is 
recommended to only use low impedant sources
with slowly varying signals, since this minimizes the required charge 
transfer to the S/H capacitor.



Was sagen uns diese Worte? Es geht eigentlich um Zeiten.
Der Sample and Hold Kondensator muss von der Quelle schnell
genug geladen werden. Wenn man dauernd auf einem Kanal bleibt
und nur jede Sekunde misst, dann darf die Quelle auch 1M Ohm
Innenwiderstand haben. Wenn man schneller misst, oder öfter
den Kanal umschaltet, dann sollte der Innenwiderstand der Quelle
eben auch klein genug sein den S/H Kondensator schnell genug
zu laden. Und wie ganz oben steht ist man bei 10k auf der sicheren
Seite.

Autor: pluto (Gast)
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Danke erstmal,
ich werde das mal mit 10K testen.

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