Spannungsbereich mit Operationsverstärker verstärken

[Chris L. (kingkernel)]

Hallo,

ich habe eine Stromquelle von 210,5mA, welche mit einem ADC ausgemessen 
werden soll, um die Stromquelle abgleichen zu können.
Dies mache ich mit einem Widerstand, an welchem eine vom Strom abhängige 
Spannung abfällt (In meinem Fall 19 Ohm, was auch gleich die Last mit 
simuliert) Dadurch entsteht eine Spannung von rechnerisch 3,9995V.

Ich stehe nun vor dem Problem, dass ich einen Bereich von 4V +- 0,2V 
messen muss, um die nötige Auflösung zu erhalten. Das Messen an sich ist 
nicht das Problem, das habe ich schon hunderte male gemacht und dazu 
gibt es auch genug hilfen im Internet. Mir fehlt nur eine Idee oder 
Ansatz, wie ich den Spannungsbereich von 3,8V bis 4,2V auf den vollen 
Wertebereich des ADC übersetzt bekomme.
Grob hatte ich den Gedanken, das ich von meiner Spannung einfach 3,8V 
abziehe und die übrig gebliebene Spannung um den Faktor 10 Verstärke.

Die Spannung führe ich später einem ADC-Kanal zu, sodass der 
Eingangswiderstand hier erstmal zur Vereinfachung vernachlässigt werden 
kann.
Die Stromquelle hat eine maximale Spannung von 14V und meine 
Referenzspannung für den ADC beträt 4,096V

Hat jemand hier einen vorschlag wie ich das umgesetzt bekomme oder 
vielleicht auch eine Idee, wie die ganze Aufgabe anders gelöst werden 
kann?

[René F. (Gast)]

OPV als nicht invertierender Verstärker, kapazitiv gekoppelt an einem 
Spannungsteiler bei 3,8V und am Ausgang noch ne Z-Diode damit dein ADC 
keine Spannung abbekommt die böse für ihn wäre

[T. C. (frog)]

Das könnte mit einem Differenzverstärker gehen. Du nimmst z.B. eine 3.3V 
Spannungsreferenz und bestimmst mithilfe eines Differenzverstärkers die 
Differenz zur Spannung die gemessen werden soll. Dann kannst du die 
Differenzspannung beliebig mit einem OPV verstärken.

[Dietrich L. (dietrichl)]

https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_mit_Offset

[Amateur (Gast)]

Um eine Spannung von 3,8V bis 4,2V auf 0 bis 5V abzubilden, brauchst Du 
einen einfachen Differenzverstärker.
Ist aber nicht ganz einfach zu berechnen.
Die Spannung am negativen Eingang bringt den Versatz die Verstärkung 
macht aus den scheinbaren 0 bis 0,4V eine Spannung von 0 bis 5V. Falls 
Dein A/D-Wandler darauf steht.
Eine Diode gegen die positive Betriebsspannung (z.B. +5V) und eine gegen 
Masse (0V)sorgen, so Du direkt am A/D-Wandler bist, für den nötigen 
Schutz. Zumindest im Bereich von unter -0,7 und über 5,7V. Das können 
die A/D-Wandler, die mit 5V betrieben werden, im Allgemeinen ab.

[Hp M. (nachtmix)]

Chris L. schrieb:
> habe eine Stromquelle von 210,5mA, welche mit einem ADC ausgemessen
> werden soll, um die Stromquelle abgleichen zu können.
> Dies mache ich mit einem Widerstand,

Warum misst du nicht direkt den Strom mit einem anständigen Multimeter?

[MaWin (Gast)]

Chris L. schrieb:
> Grob hatte ich den Gedanken, das ich von meiner Spannung einfach 3,8V
> abziehe und die übrig gebliebene Spannung um den Faktor 10 Verstärke.

Wenn du 0.05% Widerstände und einen 150uV OpAmp nimmst...

            +---+------- AREF=AVCC
            |   |
           1k8  |
            |   | MCP6031
3.8..4.2V --(--|+\
            |  |  >---+-- ADC
            +--|-/    |
            |   |     |
            +---(-10k-+
            |   |
           14k  |
            |   |
GND --------+---+------- AGND

[Chris L. (kingkernel)]

Hp M. schrieb:
> Chris L. schrieb:
>> habe eine Stromquelle von 210,5mA, welche mit einem ADC ausgemessen
>> werden soll, um die Stromquelle abgleichen zu können.
>> Dies mache ich mit einem Widerstand,
>
> Warum misst du nicht direkt den Strom mit einem anständigen Multimeter?

Weil alles Onboard sein soll. Ich will nicht jedesmal ein halbes dutzend 
Geräte aufstellen müssen. So mache ich es bisher ja und eben diese 
Geräte sollen durch eine einzige Box ersetzt werden.

Vielen Dank an alle für die hilfreichen Antworten. Ich werde mir das mit 
de differenzverstärker und der Referenzspannug am Negativen Eingang mal 
zu gemüte führen

[Hp M. (nachtmix)]

Chris L. schrieb:
> Weil alles Onboard sein soll. Ich will nicht jedesmal ein halbes dutzend
> Geräte aufstellen müssen. So mache ich es bisher ja und eben diese
> Geräte sollen durch eine einzige Box ersetzt werden.

Und wenn du die OP-Amp + ADC-Mimik durch 3 Widerstände und einen simplen 
Fensterkomparator und 2 LEDs ersetzt?
Wie ich es verstehe, willst du ja lediglich einen bestimmten Wert 
einstellen und 99% der vom ADC lieferbaren Meßwerte interessieren dich 
überhaupt nicht.

[Chris L. (kingkernel)]

Genau
Ich kann die Stromquelle aber durch konfiguration (Werte in ein EEProm 
schreiben) einstellen.
Aus dem grund habe ich das Fenster jetzt auch kleiner gemacht und die 
Verstärkung erhöht. Damit sollte ich genug auflösung haben. An der 
Genauigkeit arbeite ich im Moment