Eingangsschutzschaltung mit Zenerdiode

[Geri (Gast)]

Hallo zusammen

Ich habe in einem Buch eine einfache Schaltung gegen Überspannungen (2
Widerstände, die einen Spannungsteiler bilden und eine Zenerdiode) für
den Eingang eines ADCs gefunden (siehe Anhang). Der Spannungsteiler
besteht aus 2 Stück 1 Meg widerständen parallel dazu ist die
Zener-Diode (ZD 5,1V) geschaltet. Sie sollte bei hohen Spannungen - in
meinem Fall bei Überschreiten von 10V am Eingang des Spannungsteilers
die Ausgangsspannung auf 5V begrenzen.

Das Problem nun
Die Zenerdiode schaltet bereits recht früh durch (Reverse Current eta
2uA, bereits  bei 1V) und verfälscht damit die Ausgangsspannung enorm.

Meine Fragen nun:
- Hat jemand von euch bereits auf diese Weise erfolgreich eine
Schaltung realisiert?
- Muss man hier evtl. eine spezielle Zener-Diode, mit sehr geringer
Reverse-Current) verwenden, falls ja bitte welche eignet sich dafür?
- Wo liegt hier bitte das Problem?

Beste Grüsse

Gerhard

[Ralf (Gast)]

Hi Geri,
das Problem hatte ich auch mal!
Der Trick ist, du mußt die maximale Messspannung weit weg von der
Zenerspannung halten.
Bei meiner Schaltung waren es 0,5V.
Dann mit einem OP 10 fach verstärken und schon haste wieder 5V Maximum
am Ausgang.
Die Zener Diode klemmst an den Eingang, um den OP-Amp zu schützen.
Ok die Ausgangsspannung kann nun immer noch größer 5V werden.
Dann folgende Idee: OP mit Verstärkung 1 (volle Gegenkopplung), Zener
Diode an den Ausgang.
Nun verfälscht die Zener Diode den Messspannungsteiler nicht mehr.
Aber bitte die Zener mit Vorwiderstand betreiben, sonst macht sie
schlapp, wenn der Ausgang mal über 5 Volt geht.
Die Ausgangsspannung greifst einfach an der Zener Diode ab.

Viel Glück
lg Ralf

[nachtbar (Gast)]

Oder Du leitest die Überspannung über eine Schottky-Diode an Vcc ab
(befor die internen Clamping-Dioden leitend werden und evtl. ein
Latchup verursachen).
Es gibt auch Doppel-Schottkys (2 in Reihe in einem Gehäuse, z.B.
BAT54..), damit kannst Du sogar nach Gnd und Vcc ableiten.

[Kupfer Michi (Gast)]

Zenerdioden sind als Eingangsschutz für ADCs sehr ungeeignet da ihr
Sperrstrom unterhalb Vz sehr gross (u.U einige µA) ist. Das hast du ja
bei deinen Messungen ja schön festgestellt. Ausserdem wenn die
Zenerdiode nicht Lichtdichdicht verpackt ist dieser auch noch sehr
lichtabhängig (Photodiode).

Zu bedenken ist auch die recht hohe Sperrkapazität (vieleicht 90pF bei
Vz 5.2V). Damit hast du einen schönen Tiefpass bei deinem 1M
Vorwiderstand von fg=1.7KHz...

Zur Auswahl von Schottky Clamping Dioden siehe Anhang bzw.
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

[Geri (Gast)]

Hallo zusammen

Vielen Dank für eure ausführlichen Erklärungen, die vielen Tipps/
Lösungsansätze und gleich Informationen zu alternaiven Bauteilen!!

Bisher habe ich den Überspannungsschutz auch immer mit zwei
"gewöhnlichen" Dioden z.B. 1N4148 und einem Vorwiderstand z.B. 2K
aufgebaut. Ich habe mir nur gedacht es ist auf diesem Wege noch etwas
einfacher.

An die Sperrschichtkapazität habe ich allerdings auch nicht gedacht.
Gute Überlegung!

Super finde ich allerdings den Ansatz mit der doppelten Diode in
einem Gehäuse.

In einem Anwendungsfall funktioniert diese Schaltung allerdings recht
gut. Nämlich am Absichern von digitalen Eingängen. Hier - je nach Höhe
der Eingangsspannung einen Vorwiderstand (z.B. 100 ohm bei 5V Eingang
und eine 5.1V-Zenerdiode. Das Problem, dass die beiden Bauteile einen
Tiefpass bilden bleibt allerdings bestehen. Das dürfte in manchen
Fällen, z.B. wenn man Schalter, Endschalter, eine Vielzahl von Senoren
abfrägt nicht so problematisch sein.

Jedenfalls nochmals vielen Dank und freundliche Grüsse

Gerhard

[Max C (Gast)]

Hi,

ich habe eine Eingangsschutzschaltung wie auf dem Bild (siehe Anhang) 
auf meiner Platine. R1 soll als Pulldown dienen R2 und C1 als Tiefpass. 
D1 habe ich als Schutzdioden drin da die ADC´s die ich verwende keine 
Schutzdioden integriert haben. Jetzt habe ich aber das Problem, dass 
sobald ich die BAT53S auflöte, die Eingangsspannung am ADC völlig 
verfälscht wird. Kann mir einer sagen was ich falsch mache?

[Michael B. (laberkopp)]

Max C schrieb:
> Kann mir einer sagen was ich falsch mache

Nimm statt den BAT lieber 1N4148 oder gar hochsperrende Dioden wie 
BAV45, und lege noch 1k vor ANALOG_IN.

Geri schrieb:
> - Hat jemand von euch bereits auf diese Weise erfolgreich eine
> Schaltung realisiert?

Kleinere Widerstandswerte.

[Hans (Gast)]

Werd mit den Werten einfach ein bisschen kleiner

[Thomas (kosmos)]

bei der Megasquirt, die ja eigentlich sehr gut in der Praxis erbrobt 
ist, sieht es so aus.

1nF gegen Masse, 2,2 kOhm in Reihe, 1µF gegen Masse und danach eine 5,1V 
Z-Diode gegen Masse.

Teste mal deine Simulation mit 10 kOhm Widerständen.