OPV als Anpasser für ADU

[Jörg R. (radikalinski)]

Ich möchte eine Akkuspannung von 12V bis 14V mit einer ADU messen. Die 
ADU hat eine maximale Eingangsspannung von 3,3V. Um die Auflösung der 
ADU optimal auszunutzen muss ich also die Spannungsdifferenz von 2V auf 
GND ziehen sodass aus 12V bis 14V dann 0V bis 2V werden.

Eigentlich ein Standardproblem dass viele haben sollten, ich bin im 
Forum aber nicht fündig geworden.

Ein einfacher Spannungsteiler ist keine Option da dann die Auflösung der 
ADU nicht mehr ausreicht.

Die Artikelseite über OPV‘s 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverstärker-Grundschaltungen) 
hat mir nicht weiter geholfen. Ich dachte erst an einen Subtrahierer mit 
einem TLV431 als Referenzspannung, aber der OPV soll aus der zu 
messenden Spannungsquelle versorgt werden. Spätestens hier wusste ich 
nicht mehr weiter. Im AVR-Tutorial 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_ADC) habe ich 
auch nichts gefunden.

Vielleicht habe ich auch nicht nach den richtigen Stichworten gesucht.
Das kann doch nicht so schwer sein, wo ist hier der Denkfehler ?

Hat jemand eine Lösung für dieses Problem ?

[Waldemar Z. (waldemar_z)]

Und wo ist dein Problem beim Differenzverstärker?

[Tom (Gast)]

Am einfachsten ginge es mit einem Differenzverstärker mit 4 identischen 
Widerständen, aber der würde 12V am anderen Eingang brauchen, die du mit 
der Versorgung nicht leicht erzeugen kannst.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Der_Subtrahierer_.28Differenzverst.C3.A4rker.29

1) Den Spannungsteiler für die Messspannung Ue2 R5/R7 am +Eingang höher 
auslegen. Z.B. auf 1/4.

2) Aus den 0.5V Spannungsänderung am +Eingang (Die 12..14V geteilt durch 
4) sollen am Ausgang 3V Änderung werden, um den ADC auszunutzen. Also 
müssen (R6+R4)/R4 den Faktor 6 ergeben. Siehe nichtinvertierender OPV.

3) Jetzt muss nur noch das Ergebnis in einen sinnvollen Spannungsbereich 
geschoben werden. Dazu wird Ue2 angepasst.
Bei 12V Eingangsspannung ist 0V  die gewünschte Ausgangsspannung. Aus 
den 12V werden dank Spannungsteiler aus 1) 3V am +Eingang des OP. Am 
-Eingang kann man dann ebenfalls 3V messen². Also die bei Ue2 
eingespeiste Offsetspannung so anpassen, dass das herauskommt.

 Uoff?-----R4-----+-------R6----- 0V
                  |
              gemessene 3V

Da laut Schritt 2) R6 =5*R4 ist, ergibt sich so Uoff:
An R6 fällt fünfmal soviel Spannung wie an R4 ab, also muss Uoff 3.6V 
sein.

Probe:

 3.6V-----R4-----+-----5*R4----- 3V
                 |
             gemessene 3.5V

Passt.


4) Für die 3.6V kann man einen TL(V)431 mit den passenden Widerständen 
beschalten. Das wird sicher irgendwo erklärt.


5) Wenn man das Prinzip verstanden hat, kann man anfangen zu optimieren.


² Eine der Opamp-Regeln: Der OP stellt die Ausgangsspannung so ein, dass 
die Spannung zwischen den OP-Eingängen 0 ist.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Jörg R. schrieb:
> Ich möchte eine Akkuspannung von 12V bis 14V mit einer ADU messen. Die
> ADU hat eine maximale Eingangsspannung von 3,3V. Um die Auflösung der
> ADU optimal auszunutzen muss ich also die Spannungsdifferenz von 2V auf
> GND ziehen sodass aus 12V bis 14V dann 0V bis 2V werden.
Hat dein ADC einen Messbereich von 0..2V?
Denn wenn er z.B. 0..2,5V oder gar 0..5V hat, dann wäre es doch 
sinnvoll, die Spannungsdifferenz gleich noch "aufzuweiten"...

> Ich dachte erst an einen Subtrahierer mit einem TLV431 als
> Referenzspannung, aber der OPV soll aus der zu messenden Spannungsquelle
> versorgt werden.
Das ist üblich. die Versorgungsspannung muss nur

> Spätestens hier wusste ich nicht mehr weiter.
Warum? Wo klemmt es?

> Ein einfacher Spannungsteiler ist keine Option da dann die Auflösung der
> ADU nicht mehr ausreicht.
Nimm einen mit mehr Bits. Zwei reichen schon...

[Jörg R. (radikalinski)]

@Tom:
Vielen Dank für die Hilfe. Ich werde das jetzt mal ganz in Ruhe 
durchrechnen und dann einen Schaltplan machen.
Du hast mir enorm geholfen.


@Lothar:
Spannungsdifferenz aufweiten: na klar, ich wollte nur klein anfangen.
Versorgung: Da in meinem Fall die zu messende Spannung gleich der 
Versorgungsspannung ist hatte ich da ein Verständnisproblem. Von 
Rail-to-Rail wusste ich da noch nichts. Bin mir immer noch nicht sicher 
ob das geht.
Mehr Bits: werde ich durchrechnen, mal sehen was passiert.