niedrige Spannungen hochskalieren

Operationsverstärker

Es geht auch mit einem Opamp, die Invertierung kannst du in Software 
rückgängig machen. V2 kannst du durch einen entsprechenden 
Spannungsteiler ersetzen.

Oder nichtinvertierend mit nur drei Widerständen. Der Opamp sollte ein
Rail-to-Rail-Typ sein (z.B. TS912 oder MCP6002), um am Ausgang den
vollen Spannungsbereich von 0-5V nutzen zu können.

Yalu X. schrieb:
> Oder nichtinvertierend mit nur drei Widerständen. Der Opamp sollte ein
> Rail-to-Rail-Typ sein (z.B. TS912 oder MCP6002), um am Ausgang den
> vollen Spannungsbereich von 0-5V nutzen zu können.

Etwas derartiges hatte ich auch schon in LTSpice, aber ich wusste nicht 
die Rs zu dimenseonieren :(

Luk4s K. schrieb:
> Etwas derartiges hatte ich auch schon in LTSpice, aber ich wusste nicht
> die Rs zu dimenseonieren :(

Man kann das ausrechnen, indem man die Knotenpunktgleichung für den
invertierenden Eingang aufstellt und in diese nacheinander

  Ue1 = 2,48V  Ua1 = 0V

und

  Ue2 = 3,1V   Ua2 = 5V

einsetzt. Dadurch ensteht ein Gleichungssystem mit zwei Gleichungen, das
nach R2 und R3 aufgelöst werden muss, um die Widerstandswerte in Abhän-
gigkeit von R1 zu erhalten.

Für diejenigen die nicht so gerne rechnen, habe ich mir eine grafische
Methode überlegt (s. Anhang). Um das Prinzip besser zu verdeutlichen,
habe ich andere Spannungswerte gewählt:

  Ue1 = 1,5V  Ua1 = 1V
  Ue2 = 3V    Ua2 = 4V

Ub = 5V ist die Betriebsspannung, die an das obere Ende von R1 angelegt
wird.

Die beiden Sollvorgaben werden als Punkte (Ue1,Ua1) und (Ue2,Ua2) in ein
Koordinatensystem eingetragen. Die Verbindungslinie dieser beiden Punkte
schneidet die y-Achse im Punkt S1 und die Winkelhalbierende zwischen x-
und y-Achse im Punkt S2.

Die Betriebssapnnung wird auf der x-Achse als Punkt Ub markiert. Die
Verbindungslinie zwischen diesem Punkt und S2 schneidet die y-Achse im
Punkt S3.

Nun entsprechen die Abstände der Punkte Ub, S1 und S3 vom Koordinatenur-
sprung (grüne, blaue und rote Linie) den Widerständen R1, R2 und R3, die
natürlich noch nach Belieben mit einem konstanten Faktor multipiziert
werden können.

Wird bspw. R1 = 5kΩ gewählt, ist R2 = 2kΩ und R3 = 3,33kΩ.

Man Dankt :)

hans schrieb:
> Wie berechnet man das im Gleichungssystem

1. Zwei Koordinatenpaare bilden aus
(Uein1|Uaus1)
(Uein2|Uaus2)

2. Es ist ein Polynom 1. Grades gesucht, ein OPamp verstärkt einen 
zusätzlich Offset aber immer mit

f(x) = y = a * (x + b)
 mit Verstärkung a und Offset b

3. Zwei Gleichungen aufstellen, meinetwegen in SI-Einheiten

(I)  0 = a * (2,48 + b)
(II) 5 = a * (3,10 + b)

4. Gleichungssystem aus 3. lösen

Mein Ansatz: Verstärkung a kann nicht 0 sein
=> aus Gleichung (I) sieht man, dass zunächst 2,48V vom Eingangssignal 
abzuziehen sind. b = -2,48 Einsetzen in Gleichung (II)

(II) 5 = a * (3,10 - 2,48)

(II) 5 = a * 0,62

(II) 5 / 0,62 = a

(II) a = 8,06

5. Das ganze noch "in Hardware gießen"

mfg mf

Ina schrieb:
> Naja, ganz so sinnvoll ist die Schaltung nicht, wenn Markus sie genau
> abgleichen muß, weil man dann mit einer Widerstandsänderung immer Offset
> und Verstärkung gleichzeitig beeinflußt.

Mit günstigen 0,1%-Festwiderständen hat die Schaltung eine Genauigkeit
von 0,4% vom Messbereich. Reicht dies aus, ist ein Abgleich mit Potis
unwirtschaftlich, es sei denn, man will systematische Fehler der Signal-
quelle am Eingang (bspw. eines Sensors) korrigieren. Die Aussage

> ich hab ein Signal, das minimal bei 2,48 und maximal bei 3.1 Volt liegt.

— mit Angaben auf zwei Stellen inter dem Komma genau — interpretiere ich
aber jetzt einmal so, dass die Signalquelle keine großen Toleranzen auf-
weist ;-)

Ina schrieb:
> Du leitest deine Referenzspannung ja aus der 5V Versorgung ab.

Das habe ich in diesem Fall getan, um zu zeigen, wie einfach man so eine
Schaltung aufbauen kann. Dass Markus eine Ausgangsspannung von 0-5V
wünscht, ist ein Indiz dafür, dass er sie einem ADC zuführen will, der
ebenfalls die Versorgungsspannung als Referenz benutzt. Somit scheint er
mit der damit erreichbaren bescheidenen Genauigkeit zufrieden zu sein.

> […] ein Abgleich wird dann nahezu unvermeidlich.

Bevor ich irgendetwas abgleichen würde, würde ich erst ein ordentliches
Referenzspannungs-IC vorsehen, das neben einer besseren Grundgenauigkeit
auch einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten als ein gewöhnlicher
Spannungsregler hat. Wenn's dann wirklich auf jedes Promille ankommt,
kann man immer noch einen Abgleich machen.