Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Eingang mit 12-24V am AVR. Spannungsteiler/ Z-Diode


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von Tech T. (techtobi)


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Ich habe eine Frage zur Aufbereitung eines Eingangssignals. Spricht 
etwas dagegen einen Spannungsteiler mit einer Z-Diode zu verwenden 
(siehe Abbildung)?
Zum Eingangssignal: Das Signal kommt in diesem Beispiel von einem 
induktiven Näherungssensor, der entweder mit 12V oder 24V betrieben 
werden kann. Es sind also keine hohen Schaltfrequenzen zu erwarten.
Ich wollte eine möglichst simple Schaltung und habe deswegen auf einen 
Optokoppler verzichtet. Alternativ wäre natürlich ein normaler 
Spannungsteiler denkbar.
Sollte das ganze noch mit einem Kondensator entkoppelt werden?
Oft wird zur Z-Diode noch ein Widerstand parallel geschaltet, welchen 
Vorteil bringt das?

von Wolfgang (Gast)


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Tech T. schrieb:
> Zum Eingangssignal: Das Signal kommt in diesem Beispiel von einem
> induktiven Näherungssensor, der entweder mit 12V oder 24V betrieben
> werden kann.

Die Betriebsspannung des Sensors ist ziemlich egal. Entscheidend sind 
die beiden Spannungspegel am Signalausgang.

Geht es um einen konkreten Sensor (Datenblatt)?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Das kannst du so machen, wenn der Low-Pegel, den der Sensor ausgibt, 
tief genug ist (<0,9V). Im Zweifelsfall kannst du einen Spannungsteiler 
mit Zenerdiode kombinieren, dann darf der Low-Pegel höher sein.

von Jacko (Gast)


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Der zusätzliche R parallel zur Z-Diode sorgt, (wie  Stefan Us
schon schrieb, für ein "besseres" LOW am µC-Eingang.

Da musst du nachrechnen, wenn es bei ? V / 12 V und ? V / 24 V
funktionieren soll.

Das Parallel-C soll Störspitzen und ähnlichen "Schmutz" unter-
drücken. Wenn es ein Näherungssensor ist, kommt es wahrscheinlich
nicht auf jede µs an, also fang mit einen kleinen billigen Cerko
von 10...100 nF an.

von Tech T. (techtobi)


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Stefan U. schrieb:
> Das kannst du so machen, wenn der Low-Pegel, den der Sensor ausgibt,
> tief genug ist (<0,9V).

Jacko schrieb:
> Der zusätzliche R parallel zur Z-Diode sorgt, (wie  Stefan Us
> schon schrieb, für ein "besseres" LOW am µC-Eingang.

Danke für die Antworten, jetzt macht es Sinn. Wie Wolfgang ja auch schon 
bereits geschrieben hat, werde ich auf jeden Fall nochmal das Lowsignal 
überprüfen.
Stefan wie kommst du auf die 0,9V? Laut Datenblatt für den Atmega8 ist 
der Max-Wert für ein Low-Signal bei 0,2V.
Bei der Z-Diode ist ein leakage-Strom von 5µA bei einem Volt angegeben. 
Daher hab ich es in erster Linie mal vernachlässigt.

Wegen der Berechnung muss ich dann auch nochmal schauen. Bisher hab den 
einen Widerstand nur auf die Z-Diode ausgelegt, damit genügend Strom 
fließt.

von Route_66 H. (route_66)


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Tech T. schrieb:
> Laut Datenblatt für den Atmega8 ist
> der Max-Wert für ein Low-Signal bei 0,2V.

richtig lesen!!!
0,2 x Vcc

von Tech T. (techtobi)


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Route 6. schrieb:
> richtig lesen!!!
> 0,2 x Vcc

Oh ja, also 0,2*5V = 1V dann kommt das mit den 0,9 V ja ungefähr hin!

von Klaus (Gast)


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Tech T. schrieb:
> Zum Eingangssignal: Das Signal kommt in diesem Beispiel von einem
> induktiven Näherungssensor, der entweder mit 12V oder 24V betrieben
> werden kann.

Schon mal überprüft, ob der Sensor nicht einen OC als Ausgang hat? Dann 
braucht man den Pullup nur auf 5V zu legen und alles ist gut.

MfG Klaus

von Dietrich L. (dietrichl)


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Tech T. schrieb:
> Spricht
> etwas dagegen einen Spannungsteiler mit einer Z-Diode zu verwenden
> (siehe Abbildung)?

Ja, und zwar falls das Signal auch anliegen kann, wenn der µC nicht 
versorgt ist.
Dann können in worst case 24V / 1,5k = 16mA über die Eingangsdioden des 
ATmega8 fließen, und das mag er gar nicht.
Wenn dieser Fall vorkommen kann wäre das z.B. eine Lösung:
1
              Vcc ATmega
2
                  |
3
                  R
4
                  +------> I/O
5
                |/ C
6
Signal >---R----|
7
                |\ E
8
                  |
9
                 GND
Alternative:
Widerstand viel größer machen, dass der I/O-Eingangsstrom <1mA ist.
Eine Zenerdiode ist dann nicht nötig, allerdings wäre zur besseren 
Pegelanpassung ein Spannungsteiler nicht schlecht (ersetze Z-Diode durch 
Widerstand).
Hinweis: Der I/O-Eingangsstrom muss kleiner sein als die Last an Vcc, 
damit Vcc nicht zu groß wird.

von Tech T. (techtobi)


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Klaus schrieb:
> Schon mal überprüft, ob der Sensor nicht einen OC als Ausgang hat? Dann
> braucht man den Pullup nur auf 5V zu legen und alles ist gut.
>
> MfG Klaus

Ja das Signal kommt nicht über einen OC, hab gerade nochmal 
reingeschaut.

Dietrich L. schrieb:
> Ja, und zwar falls das Signal auch anliegen kann, wenn der µC nicht
> versorgt ist.

Guter Hinweis! (auch wenn es in dem Beispiel bei mir glücklicherweise 
nicht der Fall ist)
Mit der inneren Verschaltung des Prozessors kenn ich mich nicht aus.

von guest (Gast)


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Tech T. schrieb:
> Mit der inneren Verschaltung des Prozessors kenn ich mich nicht aus.

Solltest Du aber (zumindest rudimentär). Im ATmega8 Datenblatt zu finden 
ab Seite 51. Da steht dann z.B. sowas: "All I/O pins have protection 
diodes to both VCC and Ground as indicated in Figure 21.". Und in dem 
genannten "Figure 21. I/O Pin Equivalent Schematic" sieht man dann auch 
die zwei Dioden.

von Tech T. (techtobi)


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Ok, stimmt wohl doch nicht ganz. Die Dioden (max 1mA Dauer) und Pull-Up 
kenn ich. Aber was genau danach kommt hab ich mir noch nicht angeschaut. 
Aber sehe gerade, das ist ja auch in Figure 22 zu sehen. Werde ich 
morgen mal intensiver betrachten.

von guest (Gast)


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Tech T. schrieb:
> das ist ja auch in Figure 22 zu sehen. Werde ich
> morgen mal intensiver betrachten.

Das geht dann aber durchaus schon etwas über "rudimentär" hinaus :)
Wenn man weis wie die DDxn/PORTxn/PINxn Register funktionieren, hat man 
den größten Teil davon schon intus.

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