Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik +/- 60V auf 3,3V skalieren


von Fabian F. (fabian_f55)


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Moin moin
Ich möchte mit einem µC (3,3V) Spannugen von
0-60V und -60-60V messen und bin gerade am überlegen, wie man das im 
geschicktesten anstellt.
Meine erste Idee wäre Spannungsteiler auf -1,7-1,7V und dann einen 
nichtinvertierenden OPV mit 1,7V Offset dahinter zu schalten, aber gibts 
dass vielleicht auch in einer "All-in-one" lösung als IC?

Jemand Ideen?

Schönen Gruß

von Karl (Gast)


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Es gibt auch die All-in-One Lösung nur mit Widerständen.

von TorbenK (Gast)


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Ich weiß nicht, ob dir das was hilft, aber von sowas ähnlichem habe ich 
mir mal ein Screenshoot gemacht. Kannst die Schaltung ja vielleicht 
anpassen.

von Karl (Gast)


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Er braucht doch einfach nur 3 Widerstände. Einen von GND gegen den ADC. 
Einen von den +/-60V auf den ADC und einen von GND. Das war's

von TorbenK (Gast)


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Karl schrieb:
> Er braucht doch einfach nur 3 Widerstände. Einen von GND gegen den ADC.
> Einen von den +/-60V auf den ADC und einen von GND. Das war's

Kannst du eine Zeichnung anhängen? Mich interessiert das jetzt auch.

von Karl (Gast)


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TorbenK schrieb:
> Kannst du eine Zeichnung anhängen? Mich interessiert das jetzt auch.

Och ich bin gerade sooooo faul.

Es ist doch ganz einfach. Drei Widerstände die alle auf einen Punkt 
führen. An diesen Punkt wird der ADC angeschlossen.

Nun hat man die drei anderen Enden der Widerstände offen. Da kommt 
folgendes ran:

1. zu messende +/- 60V
2. 3,3V oder was auch immer die ADC Referenz ist
3. Masse

fertig

von Karl (Gast)


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Ach noch ein kleiner Tipp: Wenn man sich vier Widerstände gönnt, dann 
kann man zwei davon parallel schalten. So braucht man nur zwei 
verschiedene Werte und spart sich krumme Sachen.

von Jörg R. (solar77)


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Karl schrieb:
> TorbenK schrieb:
>> Kannst du eine Zeichnung anhängen? Mich interessiert das jetzt auch.
>
> Och ich bin gerade sooooo faul.
>
> Es ist doch ganz einfach. Drei Widerstände die alle auf einen Punkt
> führen. An diesen Punkt wird der ADC angeschlossen.
>
> Nun hat man die drei anderen Enden der Widerstände offen. Da kommt
> folgendes ran:
>
> 1. zu messende +/- 60V
> 2. 3,3V oder was auch immer die ADC Referenz ist
> 3. Masse

Dann muss ein anderer ran, wenn Karl sooooo faul ist?

Umsetzung siehe Anlage:

Die Widerstandswerte sind nur Beispielhaft, passen aber ungefähr.

Ohne Uin liegt am ADC Uref/2 = 1,65 V an.
Bei Uin +60 Volt sind es ca. 3,3 Volt.
Bei Uin -60 Volt sind es ca. 0 Volt.

Der Eingang des ADC sollte durch geeignete Maßnahmen gegen Über- und 
Unterspannung geschützt werden.

@TO
Wie genau willst Du messen? Welche Auflösung hat der ADC?

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Dann hoffen wir mal, dass der ADC mit einer derartigen Quellimpedanz des 
zu messenden Signals leben kann. Wenigstens einen Kondensator sollte man 
spendieren, falls es um (mehr oder weniger) Gleichspannung geht.

von Karl (Gast)


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Jörg R. schrieb:
> Dann muss ein anderer ran, wenn Karl sooooo faul ist?

Danke ;)

Jörg R. schrieb:
> Die Widerstandswerte sind nur Beispielhaft, passen aber ungefähr.

Die Auslegung ist ja ganz einfach. Erst mal nimmt man an, man möchte 
3,3V am Ausgang haben. Also kann man dafür den oberen Widerstand 
ignorieren. Hier würde ja keine Spannung drüber abfallen. Damit kommt 
man auf den Spannungsteiler den Jörg wohl eh schon sehr gut mit 
Standardwerten getroffen hat.

Zweit Bedingung ist ja, dass man bei 0V am Messeingang die Hälfte der 
ADC Spannung haben möchte. Also muss der obere Widerstand so groß sein 
wie die anderen beiden parallel. Bei 180k und 10k kann man da die 10k 
einfach lassen. Ansonsten gilt mein Hinweis von weiter oben und man 
nimmt einfach noch mal die gleichen Widerstände die eh schon drin sind.


Wolfgang schrieb:
> Dann hoffen wir mal, dass der ADC mit einer derartigen Quellimpedanz des
> zu messenden Signals leben kann. Wenigstens einen Kondensator sollte man
> spendieren, falls es um (mehr oder weniger) Gleichspannung geht.

Wo soll da das Problem sein? Sind doch etwas unter 5k in Jörgs 
Auslegung. Ein Kondensator schadet aber natürlich nicht.

von Fabian F. (fabian_f55)


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Karl schrieb:

> Wolfgang schrieb:
>> Dann hoffen wir mal, dass der ADC mit einer derartigen Quellimpedanz des
>> zu messenden Signals leben kann. Wenigstens einen Kondensator sollte man
>> spendieren, falls es um (mehr oder weniger) Gleichspannung geht.
>
Das war auch der Punkt der mir Zahnschmerzen bereitet hat bei der rein 
passiven Lösung.
Ich will mit bis zu 100kHz abtasten. Wenn also ein signifikanter Strom 
in den ADC fließt würde sich der Messwert ja in Richtung 1,6V bewegen.

> Wo soll da das Problem sein? Sind doch etwas unter 5k in Jörgs
> Auslegung. Ein Kondensator schadet aber natürlich nicht.

Die "originale" Quellenimpedanz ist 180k. Wenn da dann noch ein 
Kondensator dahinter ist hab ich schnell einen 1kHz Tiefpass.

Mann könnte aber einfach hinter die drei Wiederstände einen OPV als 
Spannungsfolger packen.

Hab das mal in SPICE simuliert, schaut ganz gut aus.
Türkis ist Originalsignal nach Spannungsteiler ohne last.
Die blaue Kurve ist die Messung mit 100kHz-Abtastung und der 
entsprechendes Ersatzlast des ADC.
Wie man sieht ziemlich verfälscht.
Grün ist die gleiche Schaltung mit Transimpedanzwandler.

von Harald W. (wilhelms)


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Fabian F. schrieb:

> Ich möchte mit einem µC (3,3V) Spannugen von
> 0-60V und -60-60V messen und bin gerade am überlegen, wie man das im
> geschicktesten anstellt.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler#Spannungsteiler_mit_Offset.2C_passiv

von Karl (Gast)


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Harald W. schrieb:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungs...

?

Fabian F. schrieb:
> Die "originale" Quellenimpedanz ist 180k. Wenn da dann noch ein
> Kondensator dahinter ist hab ich schnell einen 1kHz Tiefpass.

Die Quellimpedanz die der ADC sieht ist nicht 180k sondern etwas weniger 
als 5k.

Das Du da schneller als DC werden willst wusste ich vorher nicht. Aber 
auch mit 100kSamples/s wird es ja nicht sehr schnell werden können.

Fabian F. schrieb:
> Hab das mal in SPICE simuliert, schaut ganz gut aus.

Man sieht leider gar nichts. Du hast sogar die Zeitachse abgeschnitten. 
Was hast Du denn als ADC angenommen?

Fabian F. schrieb:
> Grün ist die gleiche Schaltung mit Transimpedanzwandler.

Transimpedanz? Ich denke Du möchtest eine Spannung messen?



Und welche Grenzfrequenz möchtest Du bei welcher Auflösung erreichen? 
Dir ist schon klar wie weit Du runter musst um kein Aliasing zu 
bekommen? Du musst bei 50kHz möglichst unter einem LSB sein, wenn Du den 
ADC voll nutzen willst. Selbst bei nur 8bit wären das -48dB die Du bei 
50KHz brauchst. Wenn Du das mit einem Tiefpass erster Ordnung schaffen 
willst muss der also rund 2,5 Dekaden vorher einsteigen. Das ist dann eh 
weniger als 1kHz.

Also vielleicht erzählst Du mal komplett was Du so vor hast.

von Jörg R. (solar77)


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Fabian F. schrieb:
> Ich will mit bis zu 100kHz abtasten. Wenn also ein signifikanter Strom
> in den ADC fließt würde sich der Messwert ja in Richtung 1,6V bewegen.

Weshalb kommen wichtige Informationen immer öfter so nach und nach?
Lassr die User doch erst einmal antworten, dann schreibe ich so nach und 
nach was ich eigentlich will?

Die Widerstandswerte waren doch auch nur Beispielhaft. Die Werte können 
erhöht werden. Es muss halt zum ADC und zu deinen weiteren Anforderungen 
passen.

Ansonsten kannst Du auch den Ansatz aus deinem Eingangspost weiter 
verfolgen. Die Grundidee ist ja nicht schlecht.


Karl schrieb:
> Und welche Grenzfrequenz möchtest Du bei welcher Auflösung erreichen?
> Dir ist schon klar wie weit Du runter musst um kein Aliasing zu
> bekommen? Du musst bei 50kHz möglichst unter einem LSB sein, wenn Du den
> ADC voll nutzen willst. Selbst bei nur 8bit wären das -48dB die Du bei
> 50KHz brauchst. Wenn Du das mit einem Tiefpass erster Ordnung schaffen
> willst muss der also rund 2,5 Dekaden vorher einsteigen. Das ist dann eh
> weniger als 1kHz.
>
> Also vielleicht erzählst Du mal komplett was Du so vor hast.

Die Fragen nach Auflösung und gewünschter Genauigkeit sind auch noch 
unbeantwortet. Bei 10 Bit, und alles andere mal außen vor gelassen, 
kommt der ADC auf eine Auflösung von "nur" ca. 117 mV. Bei 8 Bit geht es 
in Richtung 0,5 Volt.


Harald W. schrieb:
> Fabian F. schrieb:
>
>> Ich möchte mit einem µC (3,3V) Spannugen von
>> 0-60V und -60-60V messen und bin gerade am überlegen, wie man das im
>> geschicktesten anstellt.
>
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungs...

Der Link passt ja genau zum Problem des TO? Hier findet sich auch das 
wieder was Karl beschrieben hat.

: Bearbeitet durch User
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