Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Galvanische Trennung eines Analogsignals


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von Heinrich K. (heinrich_k)


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Hallo Zusammen,

ich würde gerne ein Analogsignal, das von einer DAQ-Karte (National 
Instruments) erzeugt wird und einen Verstärker ansteuert, galvanisch 
trennen (Der Hersteller vom Verstärker empfiehlt das, um Masseschleifen 
vorzubeugen. Die Minus-Anschlüsse von DAQ-Karte und Verstärker sind mit 
Erde verbunden, siehe Skizze im Anhang)

Das Sigal hat maximal 50 kHz. Ich dachte an Optokoppler, einen 
Isolierten Trennverstärker o.ä.
Leider benötigen die  sowohl auf In- und Outputseite eine zusätzliche 
Spannungsversorgung, was ich eigentlich vermeiden möchte.
Sieht jemand eine Möglichkeit, wie das mit möglichst wenig Aufwand 
realisiert werden könnte? Die DAQ-Karte hat noch einen +5V Ausgang, den 
man bis zu 500 mA belasten könnte, um den Umsetzer zu versorgen.

Danke für Antworten!!

von Max M. (jens2001)


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Heinrich K. schrieb:
> Masseschleifen

Und wie weit sind DAQ und Amp. von einander entfernt?

Heinrich K. schrieb:
> Das Sigal hat maximal 50 kHz.

Und min.?

Heinrich K. schrieb:
> dachte an Optokoppler

Analog über Opto?

von Schreiber (Gast)


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Max M. schrieb:
> Heinrich K. schrieb:
>> dachte an Optokoppler
>
> Analog über Opto?

ist problemlos möglich.

Dafür gibts Optokoppler mit einer LED und zwei Photodioden. Das ganze 
wird dann mit einem OPV und etwas Hühnerfutter linearisiert.

von Heinrich K. (heinrich_k)


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Max M. schrieb:
> Und wie weit sind DAQ und Amp. von einander entfernt?

Also die Geräte an sich stehen etwa 1 Meter auseinander, aber das 
Verbindungskabel ist schätzungsweise 2,5 Meter. Inwiefern spielt das 
eine Rolle?

Max M. schrieb:
> Und min.?

Minimum 50 Hz. Die Grundschwingung liegt bei 50 Hz (Aber es werden 
höherfrequente Störungen aufmoduliert. Hinter dem Verstärker werden 
Geräte angeschlossen, die auf Störfestigkeit getestet werden)

Max M. schrieb:
> Analog über Opto?

Ja, wenn ich es richtig sehe gibt es ja auch "lineare" Optokoppler, die 
auch Analogsignale übertragen können. Aber das war wie gesagt nur eine 
Idee, da gibt es sicherlich elegantere Lösungen...

von Werner H. (pic16)


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TOTX und TORX von Toshiba.

von Achim H. (anymouse)


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Wie teuer darf es denn werden?

Und wie genau muss das Signal übertragen werden?

Und ist der einzige Grund die Vermeidung von Masseschleifen?

Falls letzteres: Hier würde ich überlegen, ob man das Signal nicht 
differentiell übertragen kann. Dann muss die Verbindung auch nicht ganz 
so niedrerohmig sein, und der resultierende Ausgleichsstrom ist sehr 
gering.

Außerdem braucht die Isolation nicht auf hohe Spannungen ausgelegt zu 
werden.

Die Versorgung der beiden Diff./Single-Ended- und SE/Diff-Converter 
könnte man ggf. sogar vom DAQ nehmen.

von Jobst M. (jobstens-de)


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Schreiber schrieb:
> Dafür gibts Optokoppler mit einer LED und zwei Photodioden. Das ganze
> wird dann mit einem OPV und etwas Hühnerfutter linearisiert.

Auch dafür benötigt er eine Spannungsversorgung auf der Verstärkerseite.
Sonst würde ich ja die ISO... von TI vorschlagen.

Um galvanisch getrennt 5V auf die andere Seite zu bekommen, eignen sich 
kleine DCDC-Wandlermodule.


Gruß

Jobst

von Joe F. (easylife)


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Vielleicht ist ja hier was dabei (ca. 60 EUR)

https://www.hammfg.com/electronics/transformers/audio/560

von Sebastian S. (amateur)


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Ein Übertrager!
War bis vor kurzem, vor allem im NF-Bereich, ein gängiges Bauteil.

von Kevin (Gast)


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ISO124, kann auch bis DC runter

von voltwide (Gast)


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Sebastian S. schrieb:
> Ein Übertrager!
> War bis vor kurzem,

Du meinst, nach dem Kriege?

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Heinrich K. schrieb:
> ich würde gerne ein Analogsignal, das von einer DAQ-Karte (National
> Instruments) erzeugt wird und einen Verstärker ansteuert, galvanisch
> trennen (Der Hersteller vom Verstärker empfiehlt das, um Masseschleifen
> vorzubeugen.
> Die Minus-Anschlüsse von DAQ-Karte und Verstärker sind mit
> Erde verbunden, siehe Skizze im Anhang)

Unter bestimmten Umständen können Masseschleifen ein Problem sein.
Aber bei den kurzen Leitungslängen kann man einiges tun, um das Problem 
zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Anstatt jetzt also Aufwand mit fragwürdigem Nutzen und zusätzlichen 
Fehlerquellen zu generieren, würde ich erstmal prüfen, ob es das Problem 
überhaupt gibt und bei Bedarf durch geeigente Masseführung das Problem 
beheben.
Gruß Öletronika

von MiWi (Gast)


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Heinrich K. schrieb:
> Hallo Zusammen,
>
> ich würde gerne ein Analogsignal, das von einer DAQ-Karte (National
> Instruments) erzeugt wird und einen Verstärker ansteuert, galvanisch
> trennen (Der Hersteller vom Verstärker empfiehlt das, um Masseschleifen
> vorzubeugen. Die Minus-Anschlüsse von DAQ-Karte und Verstärker sind mit
> Erde verbunden, siehe Skizze im Anhang)
>
> Das Sigal hat maximal 50 kHz. Ich dachte an Optokoppler, einen
> Isolierten Trennverstärker o.ä.
> Leider benötigen die  sowohl auf In- und Outputseite eine zusätzliche
> Spannungsversorgung, was ich eigentlich vermeiden möchte.
> Sieht jemand eine Möglichkeit, wie das mit möglichst wenig Aufwand
> realisiert werden könnte? Die DAQ-Karte hat noch einen +5V Ausgang, den
> man bis zu 500 mA belasten könnte, um den Umsetzer zu versorgen.
>
> Danke für Antworten!!

ACPL-C78A 100kHz
ACPL-C79B 200kHz

Obacht auf den Eingangsspannungsbereich, diese Opamps sind für 
Shuntmessungen optimiert, ggfs gibts auch andere.

Spannungsversorgung auf der Sekundärseite entweder mit DCDC-Wandler, die 
es wie Sand am Meer gibt oder die Versorgung aus dem Verstärker 
ableiten.

MiWi

von Harald W. (wilhelms)


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Schreiber schrieb:

>> Analog über Opto?
>
> ist problemlos möglich.
>
> Dafür gibts Optokoppler mit einer LED und zwei Photodioden. Das ganze
> wird dann mit einem OPV und etwas Hühnerfutter linearisiert.

Möglich ist das schon, aber mit recht grossen Fehlern.

von MiWi (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Schreiber schrieb:
>
>>> Analog über Opto?
>>
>> ist problemlos möglich.
>>
>> Dafür gibts Optokoppler mit einer LED und zwei Photodioden. Das ganze
>> wird dann mit einem OPV und etwas Hühnerfutter linearisiert.
>
> Möglich ist das schon, aber mit recht grossen Fehlern.

Tek hat das in den THS7xx-Oszis so gemacht und abgesehen davon, daß 
meine 3 nach ca. 20 Jahren einmal neu mit DC kalibriert werden mußten 
funktioniert das durchaus brauchbar


http://w140.com/tekwiki/wiki/THS720
http://at.farnell.com/avago-technologies/hcnr201-300e/optokoppler-smd-analog/dp/8549737

MiWi

von Peter D. (peda)


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Schreiber schrieb:
> Dafür gibts Optokoppler mit einer LED und zwei Photodioden. Das ganze
> wird dann mit einem OPV und etwas Hühnerfutter linearisiert.

Für ~1% Fehler ganz brauchbar, d.h max 7..8Bit.

Für 16Bit habe ich sowas mal mit nem MC gemacht, mit ~5kHz Abtastrate 
für 2 Kanäle:
ADS8328->ATtiny24->OPI1268->ATtiny24->DAC8532

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Heinrich K. schrieb:
> mit möglichst wenig Aufwand

Das nehme ich mal ernst: Also steht nicht die Präzision an erster Stelle 
und 50 Hz bis 50 kHz sind gefordert. Dann ist offensichtlich der von 
Sebastian bereits genannte (und von  voltwide verächtlich gemachte) 
NF-Übertrager erste Wahl. Einfach dazwischen schalten.

Er bietet vermutlich nicht nur die geringste Präzision, es sind auch 
einige wichtige Dinge zu beachten. So darf die Eingangsspannung bei 
niedrigen Frequenzen nicht zu hoch sein (-> Sättigung), auch die 
Ausgangslast spielt eine Rolle.

Ich habe hier ein ganz billiges Exemplar von einer Firma aus dem Sande, 
von dem habe ich einen logarithmischen Sweep von 20 Hz bis 70 kHz 
gemacht, mit 192 kHz über einen Audio-ADC digitalisiert und mit Audacity 
aufgenommen.

Bei ca 25 Hz gibt es eine für mich unerklärliche Resonanzüberhöhung, 
darunter fällt der Amplitudengang wegen der Quell-Impedanz von 50 Ohm 
ab. Bei 50 Hz (der Strich) sind es noch ca. +15%. Der Abfall gegen 70 
kHz ist von ADC, nicht vom Trafo verursacht. Beim Trafo, direkt am Oszi 
angeschlossen, ergibt sich sogar ein leichter Anstieg, der auf die 
Resonanz der Streuinduktivität mit der Wicklungs- und Lastkapazität 
zurückgeführt werden kann. Daher spielt auch die Last eine wichtige 
Rolle! Korrekt gewählt, kann man leicht den Amplitudengang bis 70 kHz 
und mehr flach halten.

DZDZ

PS: Komplizierte Lösungen kenne ich auch viele. Allein der ADC + 
passendem DAC, den hier verwende, bietet das schon. Aber das, was man 
nach dem Kriege schon konnte, kann heute durchaus noch eine optimale 
Lösung sein.

von Heinrich K. (heinrich_k)


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Also erstmal herzlichen Dank für die vielen hilfreichen Antworten!

Achim H. schrieb:
> Wie teuer darf es denn werden?
>
> Und wie genau muss das Signal übertragen werden?
>
> Und ist der einzige Grund die Vermeidung von Masseschleifen?
>
> Falls letzteres: Hier würde ich überlegen, ob man das Signal nicht
> differentiell übertragen kann. Dann muss die Verbindung auch nicht ganz
> so niedrerohmig sein, und der resultierende Ausgleichsstrom ist sehr
> gering.
>
> Außerdem braucht die Isolation nicht auf hohe Spannungen ausgelegt zu
> werden.
>
> Die Versorgung der beiden Diff./Single-Ended- und SE/Diff-Converter
> könnte man ggf. sogar vom DAQ nehmen.

Also da das ganze für einen Prüfstand gedacht ist, der im Rahmen einer
Abschlussarbeit aufgebaut wird und möglichst ohne Eigenbau-Platine
auskommen soll, ist der Kostenfaktor nicht unbedingt das wichtigste
Argument.
Deswegen wäre eine Lösung wie z.B. ein Normsignalwandler "Lütze WAA 
7-0537"
für 80 Euro das beste. Allerdings sind die bei der
Übertragungsgeschwindigkeit schon bei 30 Hz am Anschlag.

Was tatsächlich noch wie von Achim H. vorgeschlagen möglich wäre, ist
eventuell das Signal differentiell zu übertragen, und dazu 2
Analogausgänge zu benutzen (Siehe Angang). Ob sich das allerdings so
ansteuern lässt weiss ich nicht. (Die DAQ-Karte ist eine PXIe-6363 von
National Instruments, die Ansteuerung erfolgt über Labview). Und ja, der
Grund für die Trennung sind Masseschleifen.

Die Lösung mit dem ISO 124 von TI sieht aber auch ganz gut aus, wenn man
noch 2 kleine DC-DC-Wandler benötigt wäre der Aufwand ja noch
überschaubar...

von Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)


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Das ist ja noch NF was du übertragen möchtest. Gibt es nicht bereits 
fertige AD/DA über Toslink, wie schon oben angemerkt? Mit 192kHz 
Samplerate könntest du die max. 50kHz Signalfrequenz erreichen.

von Achim H. (anymouse)


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Hm, eine DI-Box namens "Palmer PAN 04" könnte Deinen Ansprüchen genügen, 
die gibt es bei Thomann für unter 80€.

von Henrik V. (henrik_v)


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Und dann gibt es ja noch die einfache OP als Diff-Verstärker Lösung.
Hat Bob Pease auch gerne verwendet.
Wenn +- 2V am Verstärker reichen (und trotz vernünftigem Erdungskonzept 
noch ~ 500mV zwischen den 'Massen' hängen) reichen die 5V ...

: Bearbeitet durch User
von Henrik V. (henrik_v)


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Die PXIe-6363 hat multiplex Eingänge. Wenn die auch noch zum Messen 
verwendet wird, beachte unbedingt die Spec wegen 'Settletime Error' !!
Die Y Achse ist log!!
Bei einem Kanal kein Problem, ansonsten Buffer oder andere Karte ;)

: Bearbeitet durch User

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