AD-Wandlung eines Spannungsbereichsausschnittes

[Janus (Gast)]

Hallo zusammen,

möchte mit einem AD-Wandler (kann nur 0V...5V, kein differenzbetrieb! 
gemeinsames GND potential beim AD und der zu messenden Quelle) einen 
größeren Spannungsbereich ausschnittsweise abdecken. Die zu messende 
Spannung liegt zwischen 0V und 50V. Davon will ich den Bereich 25..45V 
messen.

D.h.
Umeas <= 25V -> Uad = 0V
Umeas >= 45V -> Uad = 5V
dazwischen entsprechend linear.

Wie kann man so etwas mit möglichst wenig aufwand realisieren?

Danke für die Hilfe!

Grüße,
Janus

[Ben (Gast)]

Mögliche Lösung:

Mit Spannungsteiler durch 10 teilen (auf max. 5V), dann mit Subtrahierer 
den Offset verschieben, dann wieder (nach Belieben) verstärken.

[Harald W. (wilhelms)]

Janus schrieb:

> Umeas <= 25V -> Uad = 0V
> Umeas >= 45V -> Uad = 5V

Da brauchst Du einen Spannungsteiler mit Offset. Wie der berechnet
wird, steht im µc-Tutorial. Je nach Innenwiderstand Deiner übrigen
Schaltung könntest Du davor und oder dahinter noch einen Impedanz-
wandler-OPV setzen.
Gruss
Harald

[Janus (Gast)]

Danke, den Artikel zum Spannungsteiler hab ich gelesen, muss aber zu 
meiner Schande zugestehen das ich damit so meine Probleme habe.

Ausserdem steht dort

Einschränkungen bezüglich der Werte für Uein_min, Uein_max, Uaus_min, 
Uaus_max
 - Uaus_min >= Uein_min
 - Uaus_max >= Uein_max
 - Vcc >= Uein_max

Uvcc (Batteriespannung, das mit dem Innenwiderstand ist also kein 
Problem) ist die Größe ist die ich messen will, daher wüsste ich nicht 
wie ich Uaus_max >= Uein_max einhalten soll.
Aus Uvcc werden die 5V für den AD-Wandler (und uC generiert)

[Possetitjel (Gast)]

Harald Wilhelms schrieb:

> Janus schrieb:
>
>> Umeas <= 25V -> Uad = 0V
>> Umeas >= 45V -> Uad = 5V
>
> Da brauchst Du einen Spannungsteiler mit Offset. Wie der
> berechnet wird, steht im µc-Tutorial.

Nee.
Die Schaltung im Artikel "Spannungsteiler" (mit 3 Widerständen)
kann in dieser Form nur einen positiven Offset hinzufügen. Janus
braucht aber einen negativen Offset.

[Possetitjel (Gast)]

Janus schrieb:

> D.h.
> Umeas <= 25V -> Uad = 0V
> Umeas >= 45V -> Uad = 5V
> dazwischen entsprechend linear.
>
> Wie kann man so etwas mit möglichst wenig aufwand realisieren?

Vom Prinzip her ganz einfach: Du benotigst eine genaue Hilfsspannung
von -8.3333V (bezogen auf den gemeinsamen GND) und einen
Spannungsteiler 1:4, also z.B. 30kOhm und 10kOhm.

Die Eingangsspannung wird an das obere Ende der 30kOhm angelegt;
der Abgriff, d.h. der Verbindungspunkt von 30k und 10k kommt an
den Messeingang, und das noch freie (untere) Ende des 10kOhm
kommt an die Hilfsspannung von -8.3333V. Du kannst nachrechnen,
dass jetzt U_e = 25V auf U_a = 0V und U_e = 45V auf U_a = 5V
abgebildet werden.

Achtung: Bei unbeschaltetem Eingang liegen an Messeingang -8.3333V
an; das wird er nicht mögen. Schutzbeschaltung ist also noch
erforderlich.

Die negative Hilfsspannung lässt sich vermeiden, wenn Du einen
passiven Spannungsteiler mit einem aktiven (mit OPV) kombinierst;
die genaue Dimensionierung müsste ich mir erst überlegen...

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Janus schrieb:
> möchte mit einem AD-Wandler ... einen
> größeren Spannungsbereich ausschnittsweise abdecken. Die zu messende
> Spannung liegt zwischen 0V und 50V. Davon will ich den Bereich 25..45V
> messen.

Wo zu der Aufwand? Wenn du von 0..50V mißt, dann ist der Bereich doppelt 
so groß wie der zwischen 25V und 50V. Durch Spreizen des gewünschten 
Bereichs gewinnst du also gerade mal 1 Bit [1] an Auflösung. Ist es das 
wirklich wert?


XL

[1] ja, ok. Von 50V auf 20V sind es 1,3 Bit. Trotzdem.

[Janus (Gast)]

Hmm, der Einwand ist durchaus berechtigt, würde halt gern vermeiden 
einen externen ADC nehmen zu müssen. Muss nochmal durchrechnen ob das 
mit der gewonnenen Auflösung es dann wirklich auch bringt...

Danke erstmal an alle.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Mit einem Rail-to-Rail-Opamp und drei Widerständen: s. Anhang.

Da der Opamp-Ausgang nicht ganz bis an die 0V und 5V herankommt, ist es
besser, die Schaltung so zu dimensionieren, dass nur der Bereich von
etwa 0,1V bis 4,9V genutzt wird, und dies auf Softwareseite entsprechend
zu berücksichtigen.