Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sensor über Spannungsteiler


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von Tom (Gast)


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Ich habe einen Sensor, der mir 0-5 V ausgibt. Nun möchte ich dieses 
Signal an den Z-Uno anhängen (ADC). Der analoge Eingang geht aber nur 
bis ca. 3 V.

Deswegen habe ich an einen Spannungsteiler gedacht. Innenwiderstand des 
ADC soll wohl bei 7 kOhm liegen. Den Innenwiderstand des Sensors kenne 
ich nicht.

Kann ich die Schaltung als unbelasteten Spannungsteiler betrachten und 
folgende Widerstände verwenden:

2 kOhm und über dem ADC/Sensor 3kOhm

Ist es besser hier grosse oder kleine Widerstände zu verwenden? 
Funktioniert das überhaupt zuverlässig oder habe ich so eine grosse 
Abweichung über den gesamten Messbereich? Gibt es eine bessere Lösung?

von Leroy M. (mayl)


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Wenn der Innenwiderstand des ADc bei 7 Kiloohm liegt, ist der 
Spannungsteiler mit 7 Kiloohm belastet.

Alternativ wäre ein Optokoppler möglich.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Wenn der ADC konstant bei 7k liegt, reicht auch ein 3k3 Widerstand in 
der Zuleitung.

von Manfred (Gast)


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Leroy M. schrieb:
> Alternativ wäre ein Optokoppler möglich.

Unfug.

von Der Andere (Gast)


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Tom schrieb:
> Innenwiderstand des
> ADC soll wohl bei 7 kOhm liegen.

Woher kommt diese Information?
Ein ADC hat für DC normalerweise einen Eingangswiderstand im MOhm 
Bereich. Nur muss für eine Messung ein S&H Kondensator im dreistelligen 
pF-Bereich aufgeladen werden. Wenn also schnell gemessen werden soll 
benötigt man eine entsprechend niederimpedante Messspannung.

Normalerweise wird darum auch die max. Impedanz des zu messenden Signals 
angegeben.

Das kann man bei langsamen Signalen aber auch erreichen indem man dem 
"unteren" Widerstand des Spannungsteilers einen Kondensator von z.B. 
10nF parallelschaltet. Den Spannungsteiler kann man dann (je nach 
erwünschter Bandbreite) auch problemlos im zweistelligen kOhm Bereich 
wählen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tom schrieb:
> Innenwiderstand des ADC soll wohl bei 7 kOhm liegen.
Das glaube ich nicht.
Es ist eher so, dass die Impedanz der Quelle 7kOhm nicht überschreiten 
soll, damit der Fehler nicht größer als +- ein halbes LSB wird.

Bei einem "höherohmigen" Spanungsteiler kann man diese Impedanz aber mit 
einem 100nF-Kondensator vom ADC-Pin nach GND ebenfalls niedrig halten.

EDIT: Hurra, Zweiter... ;-)

Tom schrieb:
> Den Innenwiderstand des Sensors kenne ich nicht.
Wenn du ein Datenblatt oder einen Typ von dem sensor hast, dann könnte 
man sich alternativ mal dessen Ausgangsstrom ansehen...

: Bearbeitet durch Moderator
von Tom (Gast)


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von Der Andere (Gast)


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Tom schrieb:
> Die 7 kOhm habe ich von hier:
> https://forum.z-wave.me/viewtopic.php?f=3427&t=24250

Und gleichzeitig schreiben sie in dem Thread daß sie Spannungsteiler von 
mehreren 100kOhm benutzen und es funktioniert.
Du solltest weniger in solchen Bastelforen und mehr in den Datenblättern 
suchen.
Übrigens: Auch der Tipp mit dem Kondensator ist in dem verlinkten Thread 
erwähnt.
Es kommt halt darauf an ob du im Bereich von einigen KHz messen willst 
oder ob es nur einige Hz sind.
Der verlinkte Sensor dürfte aber so langsam sein, daß du locker einen 
Spannungsteiler von einigen 10kOhm nehmen kannst und einen 22 oder 47nF 
Kondensator parallel zu dem "unteren" Widerstand.

von Tom (Gast)


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Der Beitrag war mir nicht ganz klar, da es dort mehrere Vorschläge gibt.

Also ist oben ein 100 kOhm, unten ein 150 kOhm parallel zu einem 100 nF 
sinnvoll?

Oder auch 200k/300k.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Oder bei langen Leitungen etwas niederohmiger (oben 12k und unten 22k) 
wegen der evtl. Netzbrummempfindlichkeit. Die 100nF sind OK.

von Tom (Gast)


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Alles klar, danke!

von Hmm (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Es kommt halt darauf an ob du im Bereich von einigen KHz messen willst
> oder ob es nur einige Hz sind.

Da kann man aber recht einfach abschätzen, wie groß der Kondensator sein 
muss. Grob läuft das so:
- Cin vom ADC aus dem Datenblatt lesen
- Den Kondensator so groß machen, dass die Spannung um weniger als den 
gewünschten max. Fehler einbricht, wenn die Ladung entnommen wird.
Man kann annehmen, dass der ADC den Kondensator im worst-case auf VREF 
auflädt.

Annahme:
- Vref = 3V
- Cin  =10pF
- Q = 30pC
- Auflösung = 10Bit, Max. Error = 1LSB
- C >= 30pF * 1024/3 = grob 10nF

Bei Zin = 100k bleiben 150Hz Bandbreite.
Braucht man mehr, kann man den Fehler auch größer wählen, oder die 
Auflösung reduzieren.

Schön dabei zu sehen ist, dass Bandbreite und Genauigkeit die gleichen 
Anforderungen an das Einganssignal stellen :-)

Für den TO heißt das jetzt:
Ein 1:1-Teiler aus 10k-Widerständen klingt vernünftig.
Da ist kein Kondensator nötig, denn das hat 5k Innenwiderstand.
Und: 0,1%-Widerstände tät ich schon nehmen, einfach um keinen hohen 
Fehler zusätzlich hineinzuholen.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Hmm schrieb:
> Da ist kein Kondensator nötig

Bei 5k würde ich trotzdem mindestens einen 470nF Kondensator verwenden 
um wenigstens eine Dämpfung im 50 Hz Bereich von 6dB/Oct. zu erzielen. 
Besser 1µF (fast 12dB/Oct). Hohe Frequenzen müssen hier nicht 
verarbeitet werden.

von Der Andere (Gast)


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Hmm schrieb:
> Und: 0,1%-Widerstände tät ich schon nehmen,

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Besser 1µF (fast 12dB/Oct).

Euch ist aber schon klar, daß der Sensor schon mindestens +-3% Toleranz 
hat?

Hmm schrieb:
> Da kann man aber recht einfach abschätzen,

Danke für die Mühe, ich weis das wollte den TO aber nicht totschlagen, 
da er wohl noch ziemlicher Anfänger ist.

Wenn es keinen Grund für extremes Stromsparen gibt, würde ich nicht über 
10K 15K also Spannungsteiler gehen. Dann hat man wenigstens ca. 0,2mA 
Strom durch den Spannungsteiler.
Und ein 10n - 100n Kondensator reicht völlig.

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