Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsversorgung eines OPV


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von Max M. (be_like_water)


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Guten Tag liebe Community,

ich habe eine Schaltung aufgebaut, welche das Signal eines Sensors von 
±15V auf 0-5V umwandelt. Dafür habe ich den LT1366 von der Fimra Linear 
Technology benutzt. Alles funktioniert soweit Einwandfrei. Die 
derzeitige Spannungsversorgung erfolgt durch zwei Quellen, eine mit +15V 
und die andere mit -15V (Dual-Supply-Versorgung). Die Schaltung soll in 
eine bestehende Hardware implementiert werden, welche eine 
Versorgungspannung von maximal 5V bereitstellen kann. Ist es möglich 
einen OPV im Single-Supply Betrieb so zu betreiben, dass die oben 
genannten Eigenschaften erhalten bleiben ohne das der OPV Schaden nimmt?

Mit freundlichen Grüßen

von THOR (Gast)


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Vitaly W. schrieb:
> Ist es möglich
> einen OPV im Single-Supply Betrieb so zu betreiben, dass die oben
> genannten Eigenschaften erhalten bleiben ohne das der OPV Schaden nimmt?

Ja, aber dann musst du die Schaltung natürlich umdimensionieren.

von THOR (Gast)


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Bzw. höchstwahrscheinlich komplett ändern.

von Max M. (be_like_water)


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Vielen Dank für die schnellste Antwort die ich je in einem Forum 
erhalten habe ! :D

Wie müsste man bei der Dimensionierung vorgehen? Kannst du mir eventuell 
geeignete Literatur hierzu nennen?

Gruß

von andi (Gast)


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Datenblatt des Sensors?

von Harald W. (wilhelms)


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Max M. schrieb:

> ich habe eine Schaltung aufgebaut, welche das Signal eines Sensors von
> ±15V auf 0-5V umwandelt.

Da reicht normalerweise ein Spannungsteiler mit Offset.
Näheres dazu findest Du hier:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler#Spannungsteiler_mit_Offset.2C_passiv

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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So z.B.

von Max M. (be_like_water)


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Ich habe noch leider kein Datenblatt des Sensors. Ich habe die Schaltung 
in LTSpice simuliert, wo der Sensor durch eine AC Spannungsquelle 
ersetzt wurde um ersteinmal einen Überblick zu bekommen.

von andi (Gast)


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Gut, du hasst keinen Sensor, DU musst aber trotzdem
definieren, welchen Innenwiderstand der Sensor maximal haben darf.

von Max M. (be_like_water)


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Yalu X. schrieb:
> So z.B.

Vielen Dank,

die Schaltung funktionert einwandfrei. Nun habe ich mir Link  von Harald 
Wilhelms angeschaut, das die Schaltung einige Nachteile bringt die ich 
nicht hinnehmen möchte. Hinter dieser Schaltung befindet sich ein ADC 
(TMS570LC43), welcher einen gewissen Strom zum laden des Csample 
Kondensator benötigt.

von Route_66 H. (route_66)


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Max M. schrieb:
> welcher einen gewissen Strom zum laden des Csample

Butter bei die Fische und nicht rumlabern!
Zahlen, Zahlen, Zahlen...
(und besonders auch zum Sensor - wurde ja bereits verlangt)

von Der Andere (Gast)


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Max M. schrieb:
> Hinter dieser Schaltung befindet sich ein ADC
> (TMS570LC43), welcher einen gewissen Strom zum laden des Csample
> Kondensator benötigt.

Wie oft misst du? Wenn sich der Messwert nur langsam ändert kann man das 
mit einem 1-100nF Kondensator prima abpuffern.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Beim Opamp hast du das Problem, dass dessen Ausgang bei der Versorgung
mit +5V und 0V nur näherungsweise die 5V und 0V erreicht. Wenn die Sache
genau werden soll, müssen die Versorgungsspannungen etwas außerhalb des
Ausgangsspannungsbereichs, also bspw. bei +6V und -1V, liegen.

Du könntest bspw. der Schaltung aus meinem letzten Beitrag einen Opamp
als Spannungsfolger nachschalten, um die Ausgangsimpedanz zu reduzieren.
Das obige Problem hast du aber immer noch.

von andi (Gast)


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Die Rail 2 Rail Spannung die der LT1366 kann reicht für seine Anwendung 
mit Sicherheit

von Max M. (be_like_water)


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Ich habe mal nach einem Sensor gesucht welcher meine Anforderungen 
erfüllt:

http://www.lorenz-messtechnik.de/deutsch/produkte/rotierend_schleifringlos/dr-2212.php

Das Ausgangssignal des Sensors ist jedoch ±10 V, ändert aber nicht die 
Fragestellung.

von Max M. (be_like_water)


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andi schrieb:
> Die Rail 2 Rail Spannung die der LT1366 kann reicht für seine Anwendung
> mit Sicherheit

Das Problem was ich habe ist, sollte die Rückkopplung eines 
Differenzverstärkers brecken/nicht richtig gelötet sein würde ja die 
Spannung des Sensors also die ±15 an den Input Pin des OPVs liegen. Ihc 
habe mal irgendwo gelesen, das die Eingangsspannung am OPV nicht die 
Versorgungsspannung des OPV überschreiten darf.

von Michael B. (laberkopp)


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Max M. schrieb:
> Ist es möglich
> einen OPV im Single-Supply Betrieb so zu betreiben, dass die oben
> genannten Eigenschaften erhalten bleiben

Jein,

Der LT1366 ist zwar ein Rail-To-Rail OpAmp, aber wenn der mit 5V 
versorgt wird, kann er nicht exakt 5V liefern, sondern nur 4.95 (bei 10k 
Last) und er kann nicht genau 0V liefern, sondern es kommen mindestens 
0.05V raus.

Wenn du damit leben kannst, geht es.

von Max M. (be_like_water)


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Michael B. schrieb:
> Max M. schrieb:
>> Ist es möglich
>> einen OPV im Single-Supply Betrieb so zu betreiben, dass die oben
>> genannten Eigenschaften erhalten bleiben
>
> Jein,
>
> Der LT1366 ist zwar ein Rail-To-Rail OpAmp, aber wenn der mit 5V
> versorgt wird, kann er nicht exakt 5V liefern, sondern nur 4.95 (bei 10k
> Last) und er kann nicht genau 0V liefern, sondern es kommen mindestens
> 0.05V raus.
>
> Wenn du damit leben kannst, geht es.

Stehen diese Angaben irgendwo im Datenblatt? Ich würde gerne wissen wie 
man das berechnen kann um wieviel kleiner das Signal dargestellt wird

von Wolfgang (Gast)


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Max M. schrieb:
> Ihc habe mal irgendwo gelesen, das die Eingangsspannung am OPV nicht die
> Versorgungsspannung des OPV überschreiten darf.

Guck einfach ins Datenblatt des von dir verwendeten OPs. Alles andere 
ist leeres Geschwätz. Notfalls hilft eine Diode.

von Michael B. (laberkopp)


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Max M. schrieb:
> Stehen diese Angaben irgendwo im Datenblatt?

Natürlich, gibt ein schönes Diagramm gleich auf der ersten Seite
Output Saturation Voltage vs Load Current

von Max M. (be_like_water)


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Ich bedanke mich nochmal für die zahlreichen Antworten. Ich bin gerade 
erst so richtig in die Analogelektronik eingestiegen und stelle 
hoffentlich nicht allzu blöde Fragen.

Die Hauptfrage wurde meiner Meinung bis jetzt immer noch nicht richtig 
beantwortet, ob es möglich ist die Input Eingänge eines OPVs mit höherer 
Spannung zu belasten als die Versorgungsspannung des OPV.

Max M. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Max M. schrieb:
>>> Ist es möglich
>>> einen OPV im Single-Supply Betrieb so zu betreiben, dass die oben
>>> genannten Eigenschaften erhalten bleiben
>>
>> Jein,
>>
>> Der LT1366 ist zwar ein Rail-To-Rail OpAmp, aber wenn der mit 5V
>> versorgt wird, kann er nicht exakt 5V liefern, sondern nur 4.95 (bei 10k
>> Last) und er kann nicht genau 0V liefern, sondern es kommen mindestens
>> 0.05V raus.
>>
>> Wenn du damit leben kannst, geht es.
>
> Stehen diese Angaben irgendwo im Datenblatt? Ich würde gerne wissen wie
> man das berechnen kann um wieviel kleiner das Signal dargestellt wird

Ich denke dies ist auch nur möglich wenn man den OPV mit 5 V versorgt. 
Die Simulation in LTSpice zeigt hier keine Fehler an, selbst wenn ich an 
den Input 100V lege funktioniert der OPV noch.

Ich habe folgendes dazu in der Literatur "Operationsverstärker" - ISBN 
978-3-8348-1643-6  S. 201 f. gefunden:

"Operationsverstärker sind allgemein durch die
Kurzschlussfestigkeit sehr unempfindliche Bauelemente.
Zwei Dinge können ihn jedoch sehr
schnell zerstören: Das erste wäre die Falschpolung
der Versorgungsspannung und die zweite
Möglichkeit wäre eine Eingangsspannung, die im
Potenzial höher liegt als die Versorgungsspannung.
So sollte bei einer Versorgungsspannung
von ±10 V die Eingangsspannung am +Input eine
Spannung von +8 V nicht überschreiten.

Erfahrungsgemäß ist eine Zerstörung des OPs aber erst dann angesagt, 
wenn der Eingang eine mehr
als 1 V höhere Spannung als die Versorgungsspannung aufweist."

Der Autor bezieht sich hier auf den OPV allgemein, daher bin ich mir 
immer noch unsicher ob das vielleicht für bestimmte OPVs doch möglich 
ist.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Max M. schrieb:
> ob es möglich ist die Input Eingänge eines OPVs mit höherer
> Spannung zu belasten als die Versorgungsspannung des OPV.

i.A. nicht, Ausnahmen sind over-the-top OpAmp wie
TLV2401 (5V), OPA2340 (0.5V, TI), INA117 (200V, TI), 
LT1490/LT1491/LT1638/LT1639 (44V, LT)

andere gehen bis zu bestimmten Spannungen (meist 36V) wenigstens nicht 
kaputt, funktionieren aber nicht, wie
LM324/LM358, LF411 etc. LF356/357, TL071/072/074/etc.

von Werner H. (werner45)


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Lösung des Problems:
Fertiges Wandlermodul von +5V auf +- 15 V.
Gibt es die denn nicht mehr?

Gruß   -   Werner

von THOR (Gast)


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Werner H. schrieb:
> Lösung des Problems:
> Fertiges Wandlermodul von +5V auf +- 15 V.
> Gibt es die denn nicht mehr?
>
> Gruß   -   Werner

Man kann das Pferd auch von hinten aufzäumen. Der TE braucht keine 
Hilfsspannungsversorgung, er will nur ein Signal umwandeln.

Die passive Methode wurde vorgeschlagen aber die will er wohl nicht, 
jetzt muss halt ein Impedanzwandler dazu. Aber das geht alles ohne 
Hilfsspannung.

von Max M. (be_like_water)


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THOR schrieb:
> Werner H. schrieb:
>> Lösung des Problems:
>> Fertiges Wandlermodul von +5V auf +- 15 V.
>> Gibt es die denn nicht mehr?
>>
>> Gruß   -   Werner
>
> Man kann das Pferd auch von hinten aufzäumen. Der TE braucht keine
> Hilfsspannungsversorgung, er will nur ein Signal umwandeln.
>
> Die passive Methode wurde vorgeschlagen aber die will er wohl nicht,
> jetzt muss halt ein Impedanzwandler dazu. Aber das geht alles ohne
> Hilfsspannung.

Hallo,

die passive Variante ist eine sehr einfache und gute Schaltung aber 
nicht für meine Zwecke geeignet. Selbst wenn ich die Pegelanpassung mit 
der  passiven Methode mache, habe ich immer noch das Problem mit den 
nachfolgenden Bauteilen wie z.B. einen aktiven  Tiefpassfilter. Der 
Filter benötigt auch eine Versorgungsspannung. Da ich nur 5 V 
Versorgungssapnnung habe, wird der Spannungsfall am Ausgang mit größerer 
Belastung unzulässig. Falls ich was falsch verstaden habe, so bitte ich 
um aufklärung.

Mit freundlichen Grüßen

Max

von Route_66 H. (route_66)


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Route 6. schrieb:
> Max M. schrieb:
>> welcher einen gewissen Strom zum laden des Csample
>
> Butter bei die Fische und nicht rumlabern!
> Zahlen, Zahlen, Zahlen...
> (und besonders auch zum Sensor - wurde ja bereits verlangt)

Max M. schrieb:
> wird der Spannungsfall am Ausgang mit größerer
> Belastung unzulässig.

Wenn du nicht endlich, endlich, endlich mit klaren Zahlen rausrückst, 
kann dir Niemand helfen!

von Der Andere (Gast)


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Max M. schrieb:
> habe ich immer noch das Problem mit den
> nachfolgenden Bauteilen wie z.B. einen aktiven  Tiefpassfilter.

Dann wirds mit nur 5V versorgung sowiso immert schlechter. Also besorge 
dir ein DC DC Wandlermodul das aus den 5V +-12V macht.

Oder zeige den gesamten Schaltplan. Und gebe die notwendige Genauigkeit 
an.

von Max M. (be_like_water)


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Hallo,

ich habe die Schaltung hinzugefügt um die es geht. Die Genauigkeit 
sollte bei mindestens einem Prozent liegen. Da ich das ganze mit LTSpice 
simuliere, versuche ich nur Bauteile von Linear Technology zu verwenden, 
da nicht immer Spice - Models von anderen Hersteller zugänglich sind.

Im Datenblatt des Herstellers steht, das die Eingangspins des LT1632 
eine höhere Spannung als die  Versorgungsspannung vertragen. Leider sind 
dafür keine genauen Grenzen definiert (oder ich habe sie übersehen). Da 
Signale mit +- 15V ankommen, bin ich mir unsicher ob der OPV das aushält 
wenn ich den in Single-Supply mit 5V betreibe. Einen Sensor habe ich 
noch nicht, die Spannungsquelle mit -+15 V soll aber diesen darstellen.

mfg

: Bearbeitet durch User
von Dumdi D. (dumdidum)


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Wie ist das beim passiven Spannungsteiler mit Offset? Da fliesst doch 
der Strom in den Sensor wenn die Spannung unter dem Offset ist, oder? 
Gefaerdet das den denn nicht?

von F. F. (foldi)


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Max M. schrieb:
> Die Simulation in LTSpice zeigt hier keine Fehler an, selbst wenn ich an
> den Input 100V lege funktioniert der OPV noch.

Dann nimm mal einen echten OPV und schau ihm beim rauchen zu.

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