Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 5V auf +/- 5V Skalieren


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von Peter F. (peter_frend)


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Hallo,

Ich setzte in einem selbstgebauten MIDI->Steuerspannungsinferface
für Synthesizer einen AD5668 8-Fach 16-Bit DAC mit Voltage Output
ein. Bisher funktioniert alles gut, da ich nie andere Steuerspannungen
als 0V-5V gebraucht habe.

Nun habe ich aber einige Module, die eine +/- 5V Ansteuerung brauchen.

Soweit ich rausgefunden hab, müsste ich am Ausgang einen Rail-to-Rail
Operationsverstärker nehmen, um diese Skalierung zu erreichen.

Ich wäre wirklich für jeden Tipp dankbar.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Peter Frend schrieb:
> müsste ich am Ausgang einen Rail-to-Rail
> Operationsverstärker nehmen, um diese Skalierung zu erreichen.
Das kommt ganz darauf an, welche Versorgungsspannungen hast. Wenn du 
z.B. +-8V hast, dann brauchst du keinen R2R. Wenn du keine negative 
Spannung hast, daan wirds eh' interessant...

von Peter F. (peter_frend)


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Im System verwende ich aktuell +/- 5V und +/- 12V

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Also, wenn du +-12V hast, dann brauchst du keinen R2R und hast viel 
Luft...
1
                     .---20k-----.                      
2
                     |           |
3
  0..5V ---10k-------o---| -     |    +5..-5V
4
                         |    >--o-----
5
     5V ---20k-------o---| + 
6
                     |       Versorgung OP: +-12V
7
                    10k
8
                     |
9
                    GND

: Bearbeitet durch Moderator
von Peter F. (peter_frend)


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Oh, das sieht durchaus machbar aus :)
Dann grab' ich heute Abend mal einen TL07x oder TL08x aus
und probiere es gleich mal aus.

Vielen dank schon mal!

von Peter F. (peter_frend)


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Magst du mir noch die Wahl der 10K Widerstände erklären,
damit ich in der Zukunft nicht mehr nachfragen muss?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Peter Frend schrieb:
> Magst du mir noch die Wahl der 10K Widerstände erklären,
Ich habe die Schaltung ein wenig korrigiert, die Werte waren falsch... 
;-)
Aber jetzt passt es.

Schritt 1: Verstärken
Die 0..5V werden "oben" mit dem Faktor -2 verstärkt. So wird daraus also 
0...-10V. Formeln: Invertierender Verstärker mit Verstärkung minus 2. 
Deshalb Widerstandsverhältnis 2:1.

Schritt 2: Offset
Über die untere Schiene werden dann nochmal 5V draufaddiert.
Formeln siehe: Nichtinvertierender Verstärker.
Weil die Widerstände schon vom ersten Schritt feststehen, und die Formel 
für den nichtinvertierenden Verstärker aber dieses +1 enthält, muss am 
nichtinvertierenden Eingan eine Offsetspannung von 1,666V anliegen. Das 
wird dann mit dem unteren Spannungsteiler erreicht...

von Gerald G. (gerald_g)


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Das ganze läuft dann unter dem Namen: Subtrahierer

Doch aufgepasst, 5V entsprechen dann -5V, 0V entsprechen +5V.
Entweder in der Software beachten, oder vorher das signal mit einem OPV 
(invertierender Verstärker mit Verstärkung 1 (bzw -1))
Dann einfach einen dual Opamp kaufen, das sind dann nur 2 Widerstände 
mehr.

von Peter F. (peter_frend)


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Gerald G. schrieb:
> Das ganze läuft dann unter dem Namen: Subtrahierer
>
> Doch aufgepasst, 5V entsprechen dann -5V, 0V entsprechen +5V.
> Entweder in der Software beachten, oder vorher das signal mit einem OPV
> (invertierender Verstärker mit Verstärkung 1 (bzw -1))
> Dann einfach einen dual Opamp kaufen, das sind dann nur 2 Widerstände
> mehr.

Sehr gut. Wäre es unter Umständen möglich einfach die OPV + und - Inputs 
zu tauschen um einen nicht-invertierenden Effekt zu erreichen?

Falls nicht, stellt dies auch kein Problem dar, da ich genug TL074/TL084 
liegen hab, sodass ich einen invertierender Verstärker mit Verstärkung 
-1 bauen kann.

Eine weitere Frage: Der Spannungs-Ausgang meines DACs ist linear und 
soll auch weiterhin linear über die Skala von -5 bis +5V bleiben. Ist 
das bei einer Schaltung mit dem TL07x/TL08x denn der Fall?

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Peter Frend schrieb:
> Wäre es unter Umständen möglich einfach die OPV + und - Inputs
> zu tauschen um einen nicht-invertierenden Effekt zu erreichen?

Nein, das geht nicht.

> da ich genug TL074/TL084
Da sind ja jeweils vier OPAs drin.

von Peter F. (peter_frend)


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HildeK schrieb:
> Da sind ja jeweils vier OPAs drin.

Das stimmt. Aber ich kann jeweils 2 davon für die Schaltung Nutzen und 
diese sogar doppelt bauen? Ich brauche diese Skalierschaltung insg. für 
8 Steuerspannungen.

Wenn ich richtig gerechnet habe, baue ich den invertierenden Verstärker 
mit Gain -1 mit R1 = 100K, R2 = 100K, IN+ auf GND.

: Bearbeitet durch User
von Gerald G. (gerald_g)


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Du kannst eine Schaltung mit 2 opv bauen.
1. Opv imvertierer mit gain=2
Aus 0Volt bleibt 0 Volt
Aus 5 Volt wird -10 Volt

2. Opv als subtrahieren, wobei von der Spannung -5V die obere Spannung 
abgezogen wird.
Ergibt bei 0volt: -5 -0 = -5
5 Volt: -5 -(-10) = +5 Volt.


Passt perfekt mit deinen Spannungen

von Peter F. (peter_frend)


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Sehr merkwürdig. Ich habe alles wie oben im Schaltplan beschaltet..
Erhalte am Ausgang des Operationsverstärkers (noch ohne 2 OPV) konstant 
11.13V/11.11V

Update: Sieht alles gut aus. Jetzt mache ich mich an den 
Subtrahiererteil

: Bearbeitet durch User
von Paul Baumann (Gast)


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>Sehr merkwürdig. Ich habe alles wie oben im Schaltplan beschaltet..

Das muß aber so gehen. Die Schaltung stimmt. Hast Du denn konstant
5 Volt an dem unteren 20 KOhm anliegen?

MfG Paul

von Peter F. (peter_frend)


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Funktioniert jetzt alles Wunderbar. Beim Pin-Zählen verzählt..

von Gerhard (Gast)


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Aber natürlich geht das auch nichtinvertierend!

von Peter F. (peter_frend)


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Das sieht sehr gut aus, Gerhard. Danke dir.
Ich werde auch diese Schaltung ausprobieren (jedoch mit einem TL07x).

Es sieht wohl aus, als müsste ich mal *Spice installieren.
Ist das LTSpice auf deinem Bild?

: Bearbeitet durch User
von Gerhard (Gast)


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Ja, LTspice IV.
Du kannst praktisch jeden OPV verwenden, der für eine Versorgungsspg. 
von 24V geeignet ist.
Auch bei den Widerständen sind Variationen möglich:
Bei einer Referenzspg. von 5V müssen R1, R2 und R4 gleiche Werte haben, 
R3 muß doppelt so groß sein wie R5.

von Peter F. (peter_frend)


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Großartig. Ich danke dir (und allen anderen)!
So langsam verstehe ich, was ich tue ;)
Das heißt, wenn ich zwischen -5V/+5V und 0V-10V umschalten will,
muss ich V4+ entweder and 0V oder +5V anschließen, richtig?

von Gerhard (Gast)


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Ja, mit V4 kannst Du den Offset einstellen.

von Gerhard (Gast)


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Allerdings ist der Innenwiderstand von V4 Teil des Wertes von R2!

von Peter F. (peter_frend)


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Ok. Verstanden!

Das heißt:
Bei V4 = 0V und R5 = 5K habe ich 0..12V bei V1&V2 15V

von Gerhard (Gast)


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Ja, bei V4 = 0V ist die Schaltung ja ein nichtinvertierender Verstärker 
bei dem die Eingangsspg. mit dem Faktor R3/(R3+R5) = 0,8 (bei R5=5k) und 
die Verstärkung mit R4/(R1||R2) + 1 = 3 eingeht. 5V*0,8*3 = 12V.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Wenn die +12V als Referenzspannung (für den Offset) gut genug sind,
reichen auch 3 Widerstände. Der Spannungsteiler am Eingang wird dann
nicht mehr benötigt, wodurch zudem der Eingang hochohmig wird.

Edit:

Was schreibe ich für einen Quatsch? Natürlich geht es auch mit 5V als
Referenz. Dann braucht man sogar nur 2 Widerstände. Und die haben sogar
wieder "glatte" Werte.

: Bearbeitet durch Moderator
von Peter F. (peter_frend)


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Das klingt ja noch besser! Vielen dank!
Damit wäre die CV-Schaltung fast fertig.
Ich mache mich dann jetzt an die Oszillatoren.. puh

Noch etwas:
Wäre es sinnvoll sowohl V4 und V3 in dem Fall mit 2 DAC Outputs
zu steuern, damit die Output Ranges / Das Offset dynamisch verändert
werden kann oder würdest du eher zu einem 3-Wege-Switch tendieren?

von Easylife (Gast)


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Ein schöner Thread!
Lehrstück bezügl. wie funktioniert Entwicklung im Team.

von Easylife (Gast)


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100pF parallel zu R2 wären noch ganz empfehlenswert.

von Easylife (Gast)


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Also zwischen Ausgang und negativem Eingang

von Peter F. (peter_frend)


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Easylife schrieb:
> Ein schöner Thread!

In der Tat! Wäre es ggf. Sinvoll diese ganzen Informationen
(und noch mehr) im Wiki zu veröffentlichen?

von Gerald G. (gerald_g)


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Ich denke das ist nicht nötig. Im Grunde genommen steht alles im OPV 
Bereich auf der linken Seite.
Sind eben über den subtrahierer und den invertierenden Verstärker zum 
nicht invertierenden Verstärker mit offset gekommen :D
Selbst die Formeln stehen dort.

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