Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit OP als Spannungsfolger vor ADC


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von Jens (Gast)


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Hallo zusmamen,

ich versuche gerade eine Schaltung zur Spannungsmessung u.a. mit Hilfe 
eines ADC aufzubauen. Gemessen werden sollen externe Spannungen, wie 
Batterien z.B.

Im Anhang habe ich mal einen Auszug aus der Schaltung, die ich habe. 
Leider scheint sie nicht ganz zu funktionieren oder ich habe irgendwo 
einen Denkfehler drin.

Der OPA wird mit 18 betrieben. Gemessen werden sollen erst einmal 
Spannungen bis 10V an der Klemme BATT. Ich messe zwischen dem Ausgang 
des OPA und Ground immer 18V, also die Versogungsspannung des OPA. Wenn 
ich keine Spannung an die Klemme BATT anlege, messe ich an der Stelle A 
etwa 5V. Lege ich eine Spannung an die KLemme BATT an z.B. 3V, messe ich 
an der Stelle A 3V. So so sollte es ja eigentlich sein. Aber zwischen 
dem Ausgang des OPA und Ground sind immer 18V.

Das verstehe ich nicht. Die Spannung an In+ des ADC wird gegen Ground 
angegeben. Das dürfen maximal 5V sein, deswegen auch der 
Spannungsteiler.

Ich verstehe nur nicht so ganz, warum ich zwischen OPA-Ausgang und 
Ground immer 18V messe.

Muss dazu sagen, dass der Spannungsteiler und der ADC noch nicht 
aufgelötet sind. Ich wollte erst einmal nur den Spannungsfolger 
ausmessen.

Ist das was mit der Schaltung nicht in Ordnung oder verstehe ich das 
irgendwie falsch?

Wäre klasse, wenn sich das mal jemand ansehen könnte.

Vielen Dank!
Netten Gruß
Jens

von Tom K. (ez81)


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Hallo Jens,
Hat der OPA einen Namen? Was genau hängt am +Eingang, wenn du misst?

von Masse (Gast)


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Die 18V und 5V Gnd sind hoffentlich gebrückt. Und Batterie Minus auch 
auf Gnd.

von Stone (Gast)


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Den Spannungsfolger kannst du dir auch getrost sparen.
Impedanzwandler setzt man bei sehr hochohmigen Quellen ein. Es soll 
verhindert werden dann der Eingangswiderstand des ADCs die zu messende 
Spannung verfälscht.
Bei deinen Batterien hast du das Problem nicht.


Gruß Matthias

von Jens (Gast)


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Tom K. schrieb:
> Hat der OPA einen Namen? Was genau hängt am +Eingang, wenn du misst?

Ich habe einen OPA211 verwendet. Hatte ich mal hier noch als Sample 
rumfliegen.

Wenn ich messe habe ich an + also Klemme-BATT Pin 2 zwischen 0V und 10V 
anliegen. Wie gesagt, 0V an Klemme-BATT messe ich wie eingezeichnet die 
18V und an der Stelle A knapp 5V.

Wenn ich z.B. an Klemme-BATT 3V anlege, messe ich wie in der Schaltung 
immer noch die 18V, aber an der Stelle A, die an der Klemme angelegten 
3V.

Masse schrieb:
> Die 18V und 5V Gnd sind hoffentlich gebrückt.

Das verstehe ich irgendwie nicht, tut mir leid. Was ist damit gemeint?

Masse schrieb:
> Und Batterie Minus auch
> auf Gnd.

Also den Pin 1 der Klemme-BATT mit GND1 verbinden? Siehe schaltung2?

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von dude (Gast)


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Jens schrieb:
> Also den Pin 1 der Klemme-BATT mit GND1 verbinden? Siehe schaltung2?

Ja. Die die Eingangsspannung muss sich auf die gleiche Masse wie der OPV 
beziehen.

von Jens (Gast)


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Hallo,

irgendwie ist der Wurm drin. Ich habe die Sache mit der Masse jetzt mal 
erledigt, allerdings habe ich hier noch ein Phänomen, was ich gar nicht 
zu deuten weiß. Lege ich eine Spannung an die Klemme an, die ich messen 
möchte, erhalte ich am OPA-Ausgang die entsprechende Eingangsspannung. 
Lasse ich die Eingänge allerdings frei, alos unbeschaltet, habe ich am 
Ausgang des OPA eine Spannung von 11,6V.

Hat jemand eine Idee, woher die kommen. Ich weiß absolut nicht weiter.

Anscheinend finktioniert es ja. lege ich eine Spannung an, agiert der 
OPA als Spannungsfolger. Liegt an der Klemme keine Spannung an, so sind 
am Ausgang 11,6 V.

Ist da wohl noch was in der Schaltung falsch?

Netten Gruß
Jens

von Karel M. (marsalek)


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Der sehr hochohmige Eingang des OPV (Pin 3) ist eine tolle Antenne :-) 
Versuche einen Widerstand von 100 kOhm zwischen Pin3 und GND1 zu 
schalten.

Karel

von MaWin (Gast)


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> Hat jemand eine Idee, woher die kommen.

Normales Verhalten durch Eingangsströme eines OpAmps.

Wenn du keine Spannung vorgibst, denkt er sich halt eine aus.

von Claudia (Gast)


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>Lasse ich die Eingänge allerdings frei, alos unbeschaltet, habe ich am
>Ausgang des OPA eine Spannung von 11,6V.

Genau das darfst du nicht! Den Strömen, die aus einem OPamp-Eingang 
hinein- oder herausfließen mußt du immer einen Pfad zum "Abfließen" 
geben, am besten nach Masse. Also gehört da, wie Karel schon erklärt 
hat, ein Widerstand vom "+" Eingang nach Masse.

Da ist aber noch viel mehr merkwürdig an deiner Schaltung:

Zuerst mal brauchst du eine Schutzschaltung am Eingang des OPA211.

Dann mußt du berücksichtigen, daß der OPA211 kein Rail-to-Rail-Typ ist. 
Du mußt am Eingang also rund 2V über 0V und rund 2V unter 18V bleiben, 
sonst läufst du aus dem erlaubten CMVR-Bereich heraus und der OPamp 
macht Mist.

Dann frage ich mich, wozu du einen Impedanzwandler verwendest, wenn du 
den ADC-Eingang sowieso hochohmig treibst. Das mag der doch garnicht, 
oder?

von Jens (Gast)


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Claudia schrieb:
> Dann frage ich mich, wozu du einen Impedanzwandler verwendest, wenn du
> den ADC-Eingang sowieso hochohmig treibst. Das mag der doch garnicht,
> oder?

Gute Frage, muss ich mir nochmal durch den Kopf gehen lassen....

Claudia schrieb:
> Also gehört da, wie Karel schon erklärt
> hat, ein Widerstand vom "+" Eingang nach Masse.

Werde ich mal versuchen.

Claudia schrieb:
> Zuerst mal brauchst du eine Schutzschaltung am Eingang des OPA211.
Ich wollte da noch einen Verpolungsschutz einbauen, falls mal jemand 
eine Spannung verpolt anschließt.
Weiter wollte ich da eventuell noch einen Überspannungsschutz einbauen, 
falls mal jemand eine zu Hohe Spannung anlegt.

Claudia schrieb:
> Dann mußt du berücksichtigen, daß der OPA211 kein Rail-to-Rail-Typ ist.

OK, dann werde ich wohl mal einen Rail-to-Rail raussuchen.

Also:

1. Rail-to-Rail Typ raussuchen
2. Verpolungschutz
3. Überspannungsschutz.

zu 2.:

Könnte man da die angehängte Schaltung verwenden? Reicht das, damit bei 
falsch angeschlossener Messpannung die Schaltung nicht hops geht, weil 
dann ja der Massepunkt verschoben wird?

1. und 3. folgen

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von Jens (Gast)


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Hallo,

neue Erkenntnisse.

Claudia schrieb:
> Also gehört da, wie Karel schon erklärt
> hat, ein Widerstand vom "+" Eingang nach Masse.

Habe ich gemacht 100k, siehe da, 0V am Ausgang. Allerdings spinnt dann 
meine Spannungsreferenz und liefert keine 2,5 V mehr. Also 1 Meg 
genommen und auch das geht wieder.

Vielen Dank dafür.

1. Rail-to-Rail Typ raussuchen

Ginge dieser hier?

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von Jens (Gast)


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Tut mir leid, Datenblatt vergessen!

Jens

von Jens (Gast)


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Hallo,

3. Überspannungsschutz

Kann man das so machen, wie im Anhang? Was für Dioden würde man da 
verwenden. Zener deswegen hab ich ja auch welche eingezeichnet, aber 
welche? Reichen da solche wie z.B. die von Reichelt SMD ZD 12

    Spannung 12 V
    Ptot     350 mW

?

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von Claudia (Gast)


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>Ginge dieser hier?

Sieht schon mal nicht schlecht aus. Der OPamp muß aber auch noch anderen 
Anforderungen genügen. Zunächst mußt du dir mal überlegen, wie genau du 
die Spannung überhaupt messen willst. Dann weißt du, welchen Fehler die 
Schaltung erzeugen darf. Danach suchst du dann den OPamp aus und 
dimensionierst die Schutzschaltung.

>Kann man das so machen, wie im Anhang?

Ich würde es mit zwei normalen Dioden machen. Die Dimensionierung der 
Schaltung hängt natürlich von der genauen Anwendung ab.

Erzähle mal mehr über deine Anwendung...

von Jens (Gast)


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Hallo,

da gibts nicht viel zu erzählen. Der ADC wird mit einem µC ausgelesen 
und dann die Daten verarbeitet. Spannungsversorgung mit einem externen 
Netzteil.

Es reicht, wenn man auf einige 10mV genau messen kann.


Reicht das denn mit den einfachen Dioden? Es gibt doch spezielle 
Schutzdioden gegen Überspannung. Nimmt man dann nicht diese?

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von Jens (Gast)


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Ich nochmal.

Wie kommen denn die Widerstandswerte vor und hinter den Dioden zustande?


Gruß
Jens

von Friedrich Seuhs (Gast)


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Geh das doch etwas systematischer an!
So wie du die Schaltung gepostest hast mit dem angegebenen 
Verwendungszweck ist der OP sowas von sinnlos, dass sich die Diskussion 
über darüber erst einmal erübrigt.

Daher:
Was für einen ADC verwendest du?
Welchen Eingangswiderstand, Eingangsstrom hat der ADC?
Kommt der mit deinem vorgesehenen Spannungsteiler von 100K/20k zurecht?

Leider hast du uns ja nicht verraten welchen ADC du verwendest, folglich 
kann man dir auch nicht so leicht weiterhelfen.

Wenn aber der 100k/20K Teiler für den ADC passen würde, würde ich nur 
noch zu den 20K einen 100nF Ko //schalten und den Eingang des ADCs mit 
Dioden gegen GND und Versorgung gegen Überspannungen schützen. Den OP 
ersatzlos streichen und mit den 100K an die Batterie.

von Jens (Gast)


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Hallo,

es wird wohl ein ADS8326 werden. Den bekommt man ja leicht als Samples. 
Habe von einem bekannten noch welche hier rumliegen, deswegen eben 
diesen.

Friedrich Seuhs schrieb:
> Verwendungszweck ist der OP sowas von sinnlos

Weil danach noch der Spannungsteiler kommt, wenn ich das richtig 
verstanden habe!?


Gruß
Jens

von chick (Gast)


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Nein, falsch verstanden.

Deine Spannungsquelle ist relativ niederohmig, deshalb. Und Dein ADC ist 
relativ hochohmig.

Mach einfach eine simple Schutzbeschaltung vor den ADC und gut. Kein OP, 
keine 18 Volt, kein FET, kein nix.

von Jens (Gast)


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Hallo,

vielen Dank!

Ich glaube, ich werde mal einw enig experimentieren, das Ganze einmal 
aufbauen und mal ein wenig rummessen und schauen, was es gegeben hat.

chick schrieb:
> Nein, falsch verstanden.
>
> Deine Spannungsquelle ist relativ niederohmig, deshalb. Und Dein ADC ist
> relativ hochohmig.
>
> Mach einfach eine simple Schutzbeschaltung vor den ADC und gut. Kein OP,
> keine 18 Volt, kein FET, kein nix.

Das ist dann als Schutz ausreichend?

Gruß
Jens

von Claudia (Gast)


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>da gibts nicht viel zu erzählen.

Doch eigentlich schon.

1. Was für Spannungen sollen gemessen werden? Größer als 5V? Dann 
brauchst du in jedem Fall irgendwo einen Spannungsteiler, weil dein ADC 
ja nur bis rund 5V messen kann.

2. Wie stark dürfen die zu messenden Spannungen von deiner Schaltung 
belastet werden?

von Jens G. (jensig)


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Da es hier offensichtlich kaum um Schnelligkeit geht, muß auch die 
Schutzschaltung wohl nicht für HF ausgelegt werden. Mach es also so 
ähnlich wie von Claudia vorgeschlagen, aber eben ohne den OPV und seinen 
18V.
R1 ist meines Erachtens nicht nötig (sehe jedenfalls (noch) keinen 
Sinn), und R2 kann man notfalls noch höher machen (der ADC ist ja 
ziemlich hochohmig), um geringere Fehlströme im Falle von zu hohen 
Eingangsspannungen zu ermöglichen. Und zur Störspannungsunterdrückung 
noch einen C (vielleich 10...100n) parallel zum Eingang. Damit hat man 
Überspannungs- und Störspannungsschutz in einem.

von Jens (Gast)


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Hallo,

Claudia schrieb:
> 1. Was für Spannungen sollen gemessen werden? Größer als 5V? Dann
> brauchst du in jedem Fall irgendwo einen Spannungsteiler, weil dein ADC
> ja nur bis rund 5V messen kann.

Würde mal sage bis 10 V vielleicht. Der OP kann das ab und hinter dem OP 
ist ja ein Spannungsteiler, wenn wir mal noch mit OP reden, also bezogen 
auf die Schaltung in meinem ersten Beitrag.

Claudia schrieb:
> 2. Wie stark dürfen die zu messenden Spannungen von deiner Schaltung
> belastet werden?

Gute Frage, so wenig wie möglich, weil dadurch die Messung ja verfälscht 
werden könnte, wenn ich da richtig liege. Aber es ist jetzt nich soo 
kritisch, weil ich ja nicht mV genau messen möchte.

Jens G. schrieb:
> R1 ist meines Erachtens nicht nötig (sehe jedenfalls (noch) keinen
> Sinn), und R2 kann man notfalls noch höher machen (der ADC ist ja
> ziemlich hochohmig), um geringere Fehlströme im Falle von zu hohen
> Eingangsspannungen zu ermöglichen. Und zur Störspannungsunterdrückung
> noch einen C (vielleich 10...100n) parallel zum Eingang. Damit hat man
> Überspannungs- und Störspannungsschutz in einem.


Ich glaube, ich werde mal mehrere Varianten aufbauen und dann mal 
schauen, ob deutliche Unterschiede gibt. Mal ein wenig Kontrast zur 
Theorie ;)

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

von Jens (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe das nun mal so aufgebaut, wie von Claudia vorgeschlagen. Den 
OPV brauchte ich, da sont die Spannungen nicht stimmten. Erst nach dem 
OPV stimmen sie. Soweit so gut.

Jetzt habe ich den Spannungsteiler, siehe erster Beitrag hinter dem OPV. 
Die Spannungen stimmen erst einmal. Setze ich nun den ADC dahinter, muss 
ich feststellen, dass die Spannungen nicht mehr stimmen. Der ADC misst 
weniger, als es sein sollte. Der ADC hat vermutlich ein Problem mit dem 
Spannungseiler davor. Würde es etwas nützen, da noch einen OPV als 
Spannungsfolger einzubauen, um den Spannungsteiler nicht zu belasten?

Danke schonmal.
Netten Gruß
Jens

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