Spannung von 1-5V auf 0-2,5V wandeln

[Sven (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe vor mir einen Sensor liegen, welcher je nach gemessenem Wert 
eine Ausgangsspannung von 1V bis 5V liefert (Omron ZX2-LD50 mit dem 
Verstärker Omron ZX2-LDA11). Diese Spannung möchte ich nun möglichst 
genau für einen STM32 auf 0V bis 2,5V für den ADC umwandeln. Da ich eine 
Laie bin was Elektronik betrifft, kämpfe ich jetzt schon eine ganze 
Weile in Tina von TI damit etwas zusammen zu stellen.

Mein Ansatz bisher: ein Spannungsteiler, welcher beidseitig gleich große 
Widerstände hat - bringt die Spannung auf 2,5V. D.h. ich würde dann den 
ADC mit einer 2,5V Referenzspannung versorgen. Ein Impedanzwandler ist 
auch vorgesehen und funktioniert zumindest in der Simulation. Jedoch 
würde ich gerne noch den 1V Offset entfernen damit der Messbereich 
größer wird. Wie stelle ich das an?

Gibt es noch andere Ansätze die 1-5V auf z.B. 0-3,3V umzuwandeln?

Gruß
Sven

[karadur (Gast)]

Da wirst du einen negative Hilfsspannung brauchen.

[Wolfgang (Gast)]

Guck dir die Grundbeschaltung eines OPS als Subtrahierers an
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

[Luca E. (derlucae98)]

So zum Beispiel.

[Jörg R. (solar77)]

Weshalb soll das Signal von 0 - 2,5 Volt zur Verfügung stehen?
Kannst Du das Signal nicht einfach auf einen Spannungsteiler aus 2 
Widerständen geben und den Rest vom STM32 erledigen lassen? Du musst das 
gemessene Signal doch so oder so weiterverarbeiten.

Den Spannungsteiler würde ich nicht 1:1 auslegen sondern so, dass der 
max. Spannungsbereich ausgenutzt wird.

[Harald W. (wilhelms)]

Sven schrieb:

> ich habe vor mir einen Sensor liegen, welcher eine Ausgangsspannung
> von 1V bis 5V liefert. Diese Spannung möchte ich nun möglichst
> genau auf 0V bis 2,5V für den ADC umwandeln.

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

[Joe F. (easylife)]

Sven schrieb:
> Gibt es noch andere Ansätze die 1-5V auf z.B. 0-3,3V umzuwandeln?

Spannungsteiler aus 3 gleich grossen Widerständen (die zwei 'oberen' 
parallel geschaltet). Teilt dir die 1-5V auf 0.66-3.33V runter. Den 
0.66V Offset würde ich einfach in Software abziehen, so stark 
beeinflusst er das Messergebnis nicht und du sparst dir eine Menge 
Gehampel mit OpAmp und -Versorgung.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Sven schrieb:

> ich habe vor mir einen Sensor liegen, welcher je nach gemessenem Wert
> eine Ausgangsspannung von 1V bis 5V liefert (Omron ZX2-LD50 mit dem
> Verstärker Omron ZX2-LDA11). Diese Spannung möchte ich nun möglichst
> genau für einen STM32 auf 0V bis 2,5V für den ADC umwandeln.

Das ist in den wenigsten Fällen sinnvoll.

Wenn du die Forderung auf 0.5 .. 2.5V Ausgangsspannung änderst, reicht 
ein simpler Spannungsteiler aus und du ersparst dir eine Menge Probleme

- wenn du wie oben gezeigt eine Hilfsspannung subtrahierst, wird an die 
Stabilität dieser Spannung die gleiche Anforderung gestellt wie an die 
Stabilität der Referenzspannung.

- wenn der OPV mit dem Ausgang auf 0V runter kommen soll, brauchst du 
eine negative Versorgungsspannung für den OPV. Dann mußt du allerdings 
auch sicherstellen, daß der OPV keine zu hohe negative Spannung ausgibt 
(die würde den ADC beschädigen).

- der OPV bringt einen zusätzlichen Fehler in Form seiner Offsetspannung 
(und deren Drift) mit

- du verlierst eine Möglichkeit zur Fehlererkennung. Wenn die 
Eingangsspannung fehlt (Kurzschluß oder schlechter Kontakt) dann liefert 
die Anpassungsschaltung eine Spannung < 0, die der ADC aber gar nicht 
messen kann. Du kannst diesen Fehlerzustand also nicht mehr erkennen.

Andererseits gewinnst du durch die optimale Spreizung des Signals auf 
den Meßbereich des ADC gerade mal 0.3 Bit an Auflösung. Ist es das 
wirklich wert?

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Sven schrieb:
> Gibt es noch andere Ansätze die 1-5V auf z.B. 0-3,3V umzuwandeln?
Ja, zuerst die Spannung runter teilen und dann mit einem 
Instrumentverstärker auf Massebezug bringen.

Damit die Sache aber einfach bleibt, wäre ein Rail to Rail Typ für so 
kleine Betriebsspannung vorteilhaft.
Ich denke, der INA826s sollte die Aufgabe gut erledigen.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina826s.pdf

Es gibt evtl. noch weitere Typen.
Du kannst auch mal Analog Devices die parametirsche Suche bemühen.
Gruß Öletronika

[Jacko (Gast)]

Wenn man auf den Quatsch verzichtet, 1...5 V auf 0...2,5 V
zu bringen, schafft das ein piefiger Spannungsteiler, der
0,5 V bis 2,5 V liefert. Passt ganz gut zu einer Uref von
2,5, oder gar 2,56 V. Ungefähr genau sind dazu 2 x 20 kOhm
als Spannungsteiler erforderlich, die mit einem Ri von 10 kOhm
die meisten ADCs befriedigen.

Der Auflösungsverzicht von 20% muss natürlich schwer beweint
werden: Schon Kaiser Nero hatte dafür Tränen-Amphoren.

Der Genauigkeitsverlust durch "hilfreiche" Zusatzschaltungen
in ähnlicher Größenordnung wäre hingegen als "gut gemeint"
in Kauf zu nehmen.

Da wären:
- die Hilfsspannung: +/-x%
- der zusätzliche Widerstand anderer Größenordnung: +/-x%
- die Offsetspannung des Hilfs-OPV: +/-x%

BWL-er würden jetzt sagen: 20% gegen 3 x vielleicht 1% ???

Gute Techniker sehen was anderes!
Zeig mal, ob du rechnen kannst! ;-)