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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche AC ADC zum messen von kleinen Wechselspannung


Autor: Martin M. (ats3788)
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Hallo

Suche AC ADC zum Messen von kleinen Wechselspannung 50Hz


Was für Bauteile gibt es um kleine Wechselspannungen AC
nach DC zu wandeln um diese Gleichspannung dann auszuwerten.
s jetzt habe ich nur den LTC1968 gefunden.
Gibt es da noch andere Bauteile er muss kein RMS können

: Bearbeitet durch User
Autor: WehOhWeh (Gast)
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Wenn du nur den Spitzenwert so ungefähr messen willst, reicht ein 
Spitzenwertgleichrichter (Didode+RC).

Wenn das halbwegs genau sein soll, ein aktiver Spitzenwertgleichrichter 
(Diode + OPV-Schaltung).

Wenn du den Kurvenverlauf messen willst, brauchst du einen 
Differenzverstärker mit Offset um die halbe Referenzspannung.

Das so vorbehandelte Signal fütterst du in einen normalen ADC.

Gib das gewünschte Konzept in Google ein, und der liefert dir fertige 
Schaltungen.

Autor: Martin M. (ats3788)
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Danke für die Antwort
Ja das mit der Diode ist nicht so toll wegen dem PN Übergang.

Ich habe ein brauchbare Lösung erbastelt.

Ist bestimme nicht perfekt ab es liefert,
ein brauchbares Ergebnis.

Vielleicht hat ja jemand eine Idee, wie man das Rauschen noch
verringern kann.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

WTF ist eine "kleine Wechselspannung"? 230V? 230mV? 230µV? 230nV?
Wie genau muss gemessen werden? Wie oft? Welche Impedanz?
Wieso muss der arme OpAmp bei der Bastelloesung mit dem Ausgang direkt 
auf einen 270µF Elko?

Fragen ueber Fragen...

Gruss
WK

Autor: Karl M. (Gast)
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Guten Morgen,

was mir gleich einfiel sind:

Präzisionsgleichrichter mit OPV
http://prof-gossner.eu/pdf/16-Spezielle%20Operatio...

Wichtig ist natürlich schon der Messbereich, dann kann man auch einen 
guten rauscharmen und kompensierten OPV benennen.

Autor: Martin M. (ats3788)
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Karl M
Das ist ja spannend Danke

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

Bin mir nicht sicher, ob dieser Thread nicht schon zu alt ist. Mal 
sehen.

Ich habe genau das gleiche Problem wie der Themenstarter, und kann mich 
bei den vielen kursierenden Schaltungen nicht entscheiden, was denn nun 
geeignet ist.

Ich möchte Widerstände im einstelligen Ohmbereich messen, und will dazu 
eine Wechselspannung mit 1...10 kHz anlegen. Ich will dann den 
Spannungsabfall über den Widerstand messen, was so in der Größenordnung 
von 20...40 mV liegt.

Diese Wechselspannung möchte ich mit einem aktiven 
Vollwellen-Gleichrichter, ähm, gleichrichten. Alle Schaltungen, die ich 
dazu gesehen habe, legen einen Eingang gegen Masse. Wie mache ich das 
bei so einem schwebenden Potential? Beide Seiten an jeweils einen 
Eingang? Aber auf was bezieht sich bei den single-supply-Schaltungen 
denn dann die Masse der OPVs? Auch eine Seite des zu messenden 
Widerstands, oder ganz unabhängig die Masse der Spannungsversorgung der 
OPVs?

Und welche OPV-Typen nehme ich da am zweckmäßigsten?

Cheers,
Thom.

Autor: Der Andere (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Wie mache ich das
> bei so einem schwebenden Potential?

Auf die Schnelle fällt mir dazu folgendes ein:

1. Einen Instrumenten- (Instrumentations-) verstärker benutzen.
2. Deine Messanordnung ändern, daß der zu messende Widerstand kein 
schwebendes Potential mehr hat.
3. Statt Wechselspannung Gleichspannung zum Messen nutzen

Autor: Der Andere (Gast)
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Ach so

Thomas P. schrieb:
> Aber auf was bezieht sich bei den single-supply-Schaltungen
> denn dann die Masse der OPVs?

4. Single supply Schaltungen als Anfänger meiden wie der Teufel das 
Weihwasser, ausser du versteht genau wie so eine Schaltung funktioniert.

Autor: MaWin (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Ich möchte Widerstände im einstelligen Ohmbereich messen, und will dazu
> eine Wechselspannung mit 1...10 kHz anlegen. Ich will dann den
> Spannungsabfall über den Widerstand messen, was so in der Größenordnung
> von 20...40 mV liegt.

Wozu willst du die Spannung nochmal messen die du angelegt hast ?
Es ist die Spannung die du angelegt hast.

Und warum willst du Widerstände mit Wechselspannung messen, normale 
Widerstände reagieren genau gleich auf Gleichspannung.

Und wenn du selbst schon die Wechselspannung erzeugst, dann musst du 
nicht gleichrichten, du weisst doch in welchem Moment du +40mV erwartest 
und un welchem Moment du -40mV bekommst.

Und warum redest du vom schwebendem Potential ? Du legst doch die 
Wechselspannung an, also hast du doch einen Anschluss den du 0 nennen 
kannst.

Fragen über Fragen, schlechte Beschreibung und/oder schlecht durchdacht.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Danke schonmal für die ganzen Rückmeldungen.

1) Messaufbau ändern oder Gleichspannung benutzen

Nee, geht nicht, weil der Widerstand ein Elektrolyt ist, der bei 
Gleichspannung polarisieren würde. Daher Wechselspannung.

2) Single supply meiden

Okay. Reicht ne virtuelle Masse via Spannungsteiler?

3) Wozu willst du die Spannung nochmal messen die du angelegt hast ?

Nee, ich lege eine Spannung an, und will den Spannungsabfall über dem 
Widerstand messen.

4) Und wenn du selbst schon die Wechselspannung erzeugst, dann musst du
nicht gleichrichten, du weisst doch in welchem Moment du +40mV erwartest
und un welchem Moment du -40mV bekommst.

Da fehlt mir jetzt die Phantasie. Wie kann mir das helfen?

5) Und warum redest du vom schwebendem Potential ?

Ich dachte bis jetzt, dass das so heißt, weil es ja nicht zwingend einen 
Massebezug zur Spannungsversorgung der OPVs hat. Irre ich mich da?

6) Instrumentenverstärker

Okay. Und dann danach Gleichrichten? Ich hätte es gern am Ende einfach 
unipolar, bin halt etwas simpler gestrickt.

Zusammenfassung:

Instrumentenverstärker mit Dual-Supply. Richtig? Ich such mal was raus.

Danke schonmal.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Also.

Der erste Treffer wäre der INA128. Kostet halt was um 10 €, ist aber fix 
und fertig für Doofe wie mich. Dahinter würde ich dann den Gleichrichter 
setzen, denn dann habe ich ja ein definiertes Massepotential.

Würde der gehen, oder übersehe ich was?

Thom.

Autor: Falk B. (falk)
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@Thomas P. (thompe)

>2) Single supply meiden

>Okay. Reicht ne virtuelle Masse via Spannungsteiler?

Wahrscheinlich. GGf. per OPV puffern.

>3) Wozu willst du die Spannung nochmal messen die du angelegt hast ?

>Nee, ich lege eine Spannung an, und will den Spannungsabfall über dem
>Widerstand messen.

Dann hast du aber wenigstens noch nen Vorwiderstand, denn sonst ist die 
Messung sinnlos.

>4) Und wenn du selbst schon die Wechselspannung erzeugst, dann musst du
>nicht gleichrichten, du weisst doch in welchem Moment du +40mV erwartest
>und un welchem Moment du -40mV bekommst.

>Da fehlt mir jetzt die Phantasie. Wie kann mir das helfen?

Er meint, wenn du in deiner Schaltung einen Generator hast, "weißt" du 
wann das Maximum an Spannung anliegt. Darauf könnte man sich 
synchronisieren und messen.

>5) Und warum redest du vom schwebendem Potential ?

>Ich dachte bis jetzt, dass das so heißt, weil es ja nicht zwingend einen
>Massebezug zur Spannungsversorgung der OPVs hat. Irre ich mich da?

Naja, stimmt nicht ganz. Mit einem Differenzverstärker hat man zwar 
KEINE galvanische Trennung, aber man mißt sehr hochohmig.

>6) Instrumentenverstärker

>Okay. Und dann danach Gleichrichten? Ich hätte es gern am Ende einfach
>unipolar, bin halt etwas simpler gestrickt.

Kann man machen. Man nehme einen Prüzisionsgleichrichter, bestehend aus 
2 OPVs.

>Instrumentenverstärker mit Dual-Supply. Richtig? Ich such mal was raus.

Jo.

Autor: Falk B. (falk)
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@ Thomas P. (thompe)

>Der erste Treffer wäre der INA128. Kostet halt was um 10 €, ist aber fix
>und fertig für Doofe wie mich.

Ist OK.

> Dahinter würde ich dann den Gleichrichter
>setzen,

Präszisionsgleichrichter! Mit 2 guten OPVs mit wenige Offsetspannung, 
sagen wir mal 1mV und weniger.

http://sound.whsites.net/appnotes/an001.htm

Figure 6

Dahinter ein RC-Tiefpaß und fertig ist deine Gleichspannung. Achtung, du 
mißt dann den Gleichrichtmittelwert, NICHT RMS. Da ist der Faktor 1,11 
dazwischen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Formfaktor_(Elektrotechnik)

> denn dann habe ich ja ein definiertes Massepotential.

Ja, das deiner Stromversorgung. Nimm einfach zwei 9V Blocks in Reihe, 
fertig. Die Verbindung ist deine Masse.

Autor: MaWin (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> 3) Wozu willst du die Spannung nochmal messen die du angelegt hast ?
>
> Nee, ich lege eine Spannung an, und will den Spannungsabfall über dem
> Widerstand messen.

Fällt dir nichts auf ?

Wenn du eine Spannung anlegst an den Widerstand musst du die Spannung 
die am Widerstand abfällt nicht messen, es ist die angelegte Spannung.

Deine Aufgabenbeschreibung ist grottig schlecht, weil du alles weglässt, 
was DIR bekannt ist.

Thomas P. schrieb:
> Nee, geht nicht, weil der Widerstand ein Elektrolyt ist, der bei
> Gleichspannung polarisieren würde. Daher Wechselspannung

Aha.

Und eine Elektrode im Elektrolyten ist zwangsweise mot Nasse verbundrn. 
Und du willst die Spannung am vorgeschalteten Widerstand messen. Warum 
so dumm ? Warum nicht die Dpannung sm Elektrolyten ? Schon hast du 
Massebezug. Warum überhaupt Wechselspannung, also den negariven Anteil 
messrn ? Er ist genau so gross wie der positive Anteil. Du legst die 
Wechselspannung doch nur zur Vermeudung der Rlektrodenkorrosuon an. 
Ignoriere die Zeit der negativen Spannung.

Und schon wird das Problem auf eine simpelst umsetzbare Schaltung 
reduziert:
---+
 D0|--C--+--100k-- GND
   |     |
uC |     R
   |     |
 A0|-----+
   |     |
---+     o
        Elektrolyt
         o
         |
        GND
D0 produziert ein Rechtecksignal von 50% duty cycle mit 0V und 5V.
Der C trennt die Gleichspannung ab, über 100k wird ein neuer 
Gleichspannungsbezug auf 0V festgelegt, das Signal hat nun +2.5V und 
-2.5V.
Der R ist der Vorwiderstand zu den Elektroden.
Der A0 ist der A/D Messeingang. Der kann zwar nur zwischen 0V und 5V 
messen, aber man misst dann eben nur wenn das Rechtecksignal bei +2.5V 
liegt.
Bleibt als einziges Problem die Eingangsschutzdiode des A0, die 
Spannungen unter -0.7V ableiten will. Wenn die Elektrodenspannung immer 
kleiner als +0.5 bis -0.5V ist, stört sie nicht.

Einfacher geht es, wenn die Elektrode nicht an Masse liegen muss, und D1 
ein zu D0 gegenphasiges Rechtecksignal erzeugt:
---+
 D0|-----+
   |     |
uC |     R
   |     |
 A0|-----+
   |     |
   |     o
   |   Elektrolyt
   |     o
   |     |
 D1|-----+
---+
Dann kann man sogar unterschiedliche R zur Messbereichsumschaltung 
nehmen. Siehe "zur Leitwertmessung" in 
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32

Autor: Klaus (Gast)
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Falk B. schrieb:
> Er meint, wenn du in deiner Schaltung einen Generator hast, "weißt" du
> wann das Maximum an Spannung anliegt. Darauf könnte man sich
> synchronisieren und messen.

Oder man könnte einen Synchrongleichrichter mit anschließendem Tiefpass 
nehmen. Da hat man dann das Diodenproblem gar nicht erst. Das ist einer 
der Vorteile bem Messen mit Wechselspannung, AC-Verstärker und keine 
Potentialprobleme.

MfG Klaus

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ MaWin

Vielen Dank für die freundlichen Belehrungen. Besonders gut hat mir der 
Ton des ganzen gefallen. Wenn ich das alles so gut könnte wie Sie, 
müsste ich hier keine doofen Fragen stellen.

> Und eine Elektrode im Elektrolyten ist zwangsweise mot Nasse verbundrn.
> Und du willst die Spannung am vorgeschalteten Widerstand messen. Warum
> so dumm ?

Ich sehe nicht, warum eine Elektrode im Elektrolyten zwangsweise 
Massebezug haben müsste. Etwa, wenn Spannungsquelle und Spannungsmessung 
über getrennte Elektrodenpaare laufen. In etwa so:

+-----> AC Anregung
|
|
o

Elektrolyt

o----> V_in +  

o----> V_in -

Elektrolyt

o
|
|
+-----> AC Anregung


Dazu kommt, dass im Elektrolyten durchaus DC-Potentiale von sonstwoher 
kommen können, dass also die beiden Halbwellen nicht zwingend symetrisch 
sind. Deshalb will ich beide Halbwellen haben.

Hochachtungsvoll,

Thom.

Autor: Possetitjel (Gast)
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Thomas P. schrieb:

> Ich sehe nicht, warum eine Elektrode im Elektrolyten
> zwangsweise Massebezug haben müsste.

Als "Masse" bezeichnet man die gemeinsame Bezugselektrode
von Bauteilen oder Teilschaltungen. Die Masse ist also
dort, wo Du Masse definierst.

Die Masse kann, genauso wie ein Koordinatensystem in
der Mathematik, auch gewechselt werden, aber dann ist,
auch genauso wie bei der Koordinatentransformation in
der Mathematik, das eine und andere zu beachten.


> Etwa, wenn Spannungsquelle und Spannungsmessung
> über getrennte Elektrodenpaare laufen.

Spielt keine grundsätzliche Rolle.

Es geht auch anders, aber man tut i.d.R. gut daran, eine
Elektrode auf Masse zu legen. "V_in -" bietet sich an.

> In etwa so:
>
> +-----> AC Anregung
> |
> |
> o
>
> Elektrolyt
>
> o----> V_in +
>
> o----> V_in -
>
> Elektrolyt
>
> o
> |
> |
> +-----> AC Anregung

Naja, das sieht nach einer m.o.w. normalen Vierringsonde aus.


> Dazu kommt, dass im Elektrolyten durchaus DC-Potentiale von
> sonstwoher kommen können, dass also die beiden Halbwellen
> nicht zwingend symetrisch sind. Deshalb will ich beide
> Halbwellen haben.

???

Das wäre ein Grund, NICHT gleichzurichten, sondern direkt mit
einem bipolaren ADC zu arbeiten.
Gleichrichten heisst den Betrag bilden; bei überlagerten DC-
Potenzialen kannst Du dann das Vorzeichen des Gleichanteils
nicht mehr bestimmen.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

@ Possetitjel:

> Es geht auch anders, aber man tut i.d.R. gut daran, eine
> Elektrode auf Masse zu legen. "V_in -" bietet sich an.

Okay. Kann ich mir vorstellen. Sind Instrumentenverstärker dann die 
Ausnahme? Oder kann / sollte man das bei denen auch tun?

> sieht nach einer m.o.w. normalen Vierringsonde aus

Im Prinzip ja.

> Das wäre ein Grund, NICHT gleichzurichten

Im Grunde hast du recht, ist in meinem Fall aber egal, weil ich das 
ganze einfach ausprobieren möchte. Wichtig ist mir erstmal nur, 
überhaupt an die kleine AC-Spannung ranzukommen. Um das Vorzeichen mache 
ich mir später Sorgen. Es steckt ja auch keine konkrete Aufgabe 
dahinter, sondern ich will lernen, die kleine AC-Spannung messbar zu 
bekommen.

cheers,
Thom.

Autor: Possetitjel (Gast)
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Thomas P. schrieb:

>> Es geht auch anders, aber man tut i.d.R. gut daran, eine
>> Elektrode auf Masse zu legen. "V_in -" bietet sich an.
>
> Okay. Kann ich mir vorstellen. Sind Instrumentenverstärker
> dann die Ausnahme?

Nein.


> Oder kann / sollte man das bei denen auch tun?

Ja -- man muss.

Bei einem "normalen" Verstärker misst man immer die
Spannung am Messpunkt gegen die gemeinsame Masse von
Prüfling und Messgerät.
Der Instrumentationsverstärker ist da insofern besser,
als man die Spannung an einem Punkt in der Schaltung
relativ zu einem anderen, frei wählbaren Punkt in der
Schaltung messen kann. Die Schaltung braucht aber
trotzdem immer noch einen definierten Bezug zur Versorgung
des Instrumentationsverstärkers!

Es ist ein beliebter, aber folgenschwerer Fehler, einfach
nur beide Eingänge irgendwo anzuschließen und die Masse
zu vergessen. Das funktioniert nicht!

Eine echte "schwimmende" Messung geht nur mit galvanisch
getrennten Differenzverstärkern ("Differenzialtastköpfe");
die brauchten tatsächlich KEINEN Potenzialbezug zwischen
Prüfling und Messgerät.

Ach so: Reine Wechselsignale kann man auch über einen
Trafo (Übertrager) schicken; da ist ein überlagerter
Gleichspannungspegel auch wurscht. Ist nur unbeliebt aus
verschiedenen Gründen.


> Im Grunde hast du recht, ist in meinem Fall aber egal,
> weil ich das ganze einfach ausprobieren möchte. Wichtig
> ist mir erstmal nur, überhaupt an die kleine AC-Spannung
> ranzukommen.

Naja, das ist kein so großes Problem. Jede Soundkarte kann
das.
Vorverstärker und Präzisionsgleichrichter geht natürlich
auch, hat aber den Nachteil, dass man alle überlagertern
Störungen mitmisst. Nach dem Gleichrichter ist das nicht
mehr zu unterscheiden.

Lock-In-Verstärker sind gut, aber ein Thema für SEHR
fortgeschrittene Elektroniker.


> Um das Vorzeichen mache ich mir später Sorgen. Es steckt
> ja auch keine konkrete Aufgabe dahinter, sondern ich will
> lernen, die kleine AC-Spannung messbar zu bekommen.

Naja, heutzutage enthält praktisch jedes Messgerät einen
Mikrocontroller -- da ist das Prinzip "Soundkarte" das
naheliegendste.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Possetitjel

> Es ist ein beliebter, aber folgenschwerer Fehler, einfach
> nur beide Eingänge irgendwo anzuschließen und die Masse
> zu vergessen. Das funktioniert nicht!

So klar habe ich das bisher noch nicht erklärt bekommen. Ein 
entsprechender Rat findet sich sogar weiter oben im Thread. Danke für 
diese Klarstellung.

Das bedeutet ja dann auch, dass ich im Grunde keinen teuren 
Instrumentenverstärker brauche, sondern durchaus auch einen günstigeren 
Differenzverstärker nehmen könnte. Oder?

> Jede Soundkarte kann das.

Weiß ich. Aber dann lerne ich nichts über OPVs.

Cheers,
Thom.

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