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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Referenzspannung knapp unter 5 V


Autor: Tilmann Walker (tilmann)
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Hallo,

ich möchte mit dem µC eine Spannung im Bereich von 0,5 - 4,5 V messen 
(einen Hall-Effekt-Strom-Meßshunt, oder auch einen Feuchtigkeitsmesser 
mit einer Spannungsausgabe in diesem Bereich).

Dafür bräuchte man doch eine Referenzdiode von knapp unter 5 V, also 
z.B. 4,7 V, oder ?

Ich finde so etwas aber kaum bei den üblichen Verdächtigen.
Wundert mich.

Was dort zu finden ist, sind einstellbare Spannungsreferenzen, aber die 
brauchen doch wieder eine Eingangsspannung zum einstellen, oder wie ?

Gruß Tilmann

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Tilmann W. schrieb:
> afür bräuchte man doch eine Referenzdiode von knapp unter 5 V, also z.B.
> 4,7 V, oder ?
Oder du nimmst eine 2,5V Referenz und teilst die 0,5..4,5V Spannung so 
herunter, dass sie von 0,277..2,5V geht. Dann hast du noch 10% an 
Genauigkeit gewonnen, weil du den oberen Zipfel auch noch ausnutzt. Und 
dem Rechner ist die etwas "ungewöhnliche" Skalierung egal, der rechnet 
mit der einen Zahl so gut wie mit der anderen...

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Erst mal wäre zu klären, ob die 0-Ausgngaspannung bei 2.5V liegt oder 
bei VCC/2.

Bei letzteren sollte man den Sensor sowieso mit derselben Spannung 
betreiben die der ADC Wandler als Referenz benutzt, 5V.

Dann bleibt nur noch die Steigung, sind das wirklich 2 oder ist das 
temperaturabhängig oder Definitionssache ?

Dann muss man sowieso eine Kalibrierung vornehmen und den Kalibrierwert 
speichern.

Im seltene Fall, daß der Sensor, egal wie seine Versorgungsspannung ist, 
immer exakt 2.5V für 0 ausgibt, und NICHT diese 2.5V an einem anderen 
Pin zur Verfügung stellt, und die Steigung immer exakt z.B. 1V/A 
beträgt, braucht man eineen AD-Wandler mit stabiler eigener Referent die 
genauer sien sollte als die Versorgungspannung.

Dann kann man bei vielen uC trotzdem über die Versorgungsspannung 
messen, in dem man die Versorgungsspannung selbst in Bezug z.B: auf die 
eingebaute stabile (2.5 oder 1.1V) Referenz bestimmt und dann den 
Stromwandler ausliest.

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Der TL431 ist doch genau dafür gemacht.

Autor: Ralf Leschner (ladesystemtech)
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Detlev T. schrieb:
> Der TL431 ist doch genau dafür gemacht.

Richtig. Oder sogar den LM285 (LM385), der liefert bereits ohne 
zusätzliche Beschaltung fertige 2,5 Volt.

Autor: Tilmann Walker (tilmann)
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Danke schön !

Habe mich noch mal mit dem TL431 beschäftigt, da fand ich die Formel 
ziemlich kompliziert, die Außenbeschaltung auszurechnen, aber es gibt 
eine Rechner genau dafür im Internet.

Der µC hängt an einem LM317, der ist ja auch recht genau, würdet Ihr 
meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?

Gruß Tilmann

Autor: Reverend Voltage (Gast)
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> Der µC hängt an einem LM317, der ist ja auch recht genau, würdet Ihr
> meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?

Der LM317 ist ein guter Regler, aber das Problem ist dass an ihm eine 
wechselnde Last hängt: der uP. Ein uP schaltet bei jedem Clocktakt eine 
unterschiedliche Anzahl Flipflops um und diese Umschalterei hat 
Rückwirkungen auf die Versorgungsleitungen.
Deshalb soll eine Referenzspannung einen separaten Regler bekommen, 
der ausser mit dem wenig an Mess- & Wandlerschaltung nicht andere Lasten 
bedient.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Tilmann W. schrieb:
> würdet Ihr meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?

Wir meinen gar nichts, wir würden in die Datenblätter gucken,
für dich ist Nachlesen wohl ein Ding der Unmöglichkeit.

Autor: HildeK (Gast)
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Tilmann W. schrieb:
> Der µC hängt an einem LM317, der ist ja auch recht genau, würdet Ihr
> meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?

Er hat 4-5% Toleranz, wenn dir das reicht?
Den TL431 oder LM385 würde ich vorziehen, da kannst du dann auch deinen 
gewünschten Referenzwert einstellen, die gibt es mit 2% oder besser.

Autor: Manfred (Gast)
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Reverend Voltage schrieb:
> Ein uP schaltet bei jedem Clocktakt eine
> unterschiedliche Anzahl Flipflops um und diese Umschalterei hat
> Rückwirkungen auf die Versorgungsleitungen.

Klugscheißer, theoretischer.

Tilmann W. schrieb:
> Habe mich noch mal mit dem TL431 beschäftigt, da fand ich die Formel
> ziemlich kompliziert, die Außenbeschaltung auszurechnen, aber es gibt
> eine Rechner genau dafür im Internet.

Falsches Hobby gesucht? Sowas muss ohne Internet gehen. Spätestens, wenn 
man messen will, ist Rechnen angesagt!

> Der µC hängt an einem LM317, der ist ja auch recht genau, würdet Ihr
> meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?

Kommt drauf an, wie genau das werden soll. Es ist zu ermitteln, in 
welchem Bereich sich die Spannung ändern könnte: Lastwechsel, 
schwankende Eingangsspannung, Temperatur.

Jetzt kannst' rechnen, welcher A/D-Wert sich bei der höchsten / 
niedrigsten Referenzspannung ergibt, das ins Verhältnis zum Meßwert 
setzen und beurteilen.

Anderer Weg: Basteln, also aufbauen und gucken, ob Du zufrieden bist.

Autor: Manfred (Gast)
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HildeK schrieb:
> Er hat 4-5% Toleranz, wenn dir das reicht?

Da gehe ich nicht mit, solange das Umfeld nicht bekannt ist:

Bei einer leidlich konstanten Last und halbwegs stabiler Versorgung 
steht die Spannung recht gut.

Vorne einen weichen Trafo, ein paar fette Relais und eine tölpelige 
Verdrahtung kann es natürlich auch mehr werden.

Bei meinen AVR nutze ich die interne Bandgap und teile die Signale 
passend herunter.

Autor: Arduino Fanboy (ufuf)
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Manfred schrieb:
> Bei meinen AVR nutze ich die interne Bandgap und teile die Signale
> passend herunter.

Könnten meine Worte sein....

Tipp:
Mit einer 2 Punktkalibrierung, sparste dir auch die komplizierten 
Formeln.

Autor: HildeK (Gast)
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Manfred schrieb:
> Da gehe ich nicht mit, solange das Umfeld nicht bekannt ist:
>
> Bei einer leidlich konstanten Last und halbwegs stabiler Versorgung
> steht die Spannung recht gut.

Es ist die im Datenblatt angegebene Toleranz der internen Referenz von 
1.25V. Die externe Beschaltung ist nicht mit eingerechnet. Line- und 
Loadregulation ist vernachlässigbar.

Autor: Manfred (Gast)
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HildeK schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Da gehe ich nicht mit, solange das Umfeld nicht bekannt ist:
>> Bei einer leidlich konstanten Last und halbwegs stabiler Versorgung
>> steht die Spannung recht gut.
> Es ist die im Datenblatt angegebene Toleranz der internen Referenz von
> 1.25V.

OK, Frieden! Wenn ich die Spannung genau brauche, kalibriere ich mir die 
durch Parallelschalten eines Widerstandes hin. Die Bandgap im AVR streut 
sogar noch mehr, an die 10%.

> Line- und Loadregulation ist vernachlässigbar.

Auf diese wird ja geschaut, was die Reproduzierbarkeit der Messungen 
angeht.

Bedeutet also, Tilmann soll seinen LM317 ohne große Sorge einsetzen? 
Kalibrieren muß er den Kram sowieso - ich gehe mal von einem Einzelstück 
aus.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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Reverend Voltage schrieb:
>> Der µC hängt an einem LM317, der ist ja auch recht genau, würdet Ihr
>> meinen man kann dessen Betriebsspannung als Uref verwenden ?
>
> Der LM317 ist ein guter Regler, aber das Problem ist dass an ihm eine
> wechselnde Last hängt: der uP.
...
> Deshalb soll eine Referenzspannung einen separaten Regler bekommen

Den meisten Leuten reicht an dieser Stelle eine simple LC-Siebung.


HildeK schrieb:
> Er hat 4-5% Toleranz, wenn dir das reicht?
> Den TL431 oder LM385 würde ich vorziehen, da kannst du dann auch deinen
> gewünschten Referenzwert einstellen, die gibt es mit 2% oder besser.

Beim LM317 kann (ach was: muß) man die genaue Spannung auch einstellen. 
Nach  der Anfangstoleranz kräht in der Praxis kein Hahn. Wichtiger ist, 
ob der LM317 evtl. heftige Lastwechsel sieht, weil z.B. ein fetter 
Verbrauchen mit dranhängt. Oder auch die thermische Stabilität.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Manfred schrieb:

> Bedeutet also, Tilmann soll seinen LM317 ohne große Sorge einsetzen?
> Kalibrieren muß er den Kram sowieso - ich gehe mal von einem Einzelstück
> aus.

Die Langzeitstabilität eines TL431 dürfte deutlich besser sein
als die eines LM317 und der Preis ist ähnlich.

Autor: wendelsberg (Gast)
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Tilmann W. schrieb:
> ich möchte mit dem µC eine Spannung im Bereich von 0,5 - 4,5 V messen
> (einen Hall-Effekt-Strom-Meßshunt, oder auch einen Feuchtigkeitsmesser
> mit einer Spannungsausgabe in diesem Bereich).

Wenn die Sensoren nach dem Prinzip Bruecke arbeiten, heben sich die 
Wirkungen eine schwankenden Betriebsspannung auf, wenn diese auch als 
Referenzspannung benutzt wird.

Was sind das fuer Sensoren?

wendelsberg

Autor: Tilmann Walker (tilmann)
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Hallo Wendelsberg,

ein ACS712 Stromsensor mit Hall-Effekt. Der hat 5 V Betriebsspannung und 
liefert je nach Strommessung eine Spannung zwischen ca. 0 und 5 V 
zurück, d.h. bei 0 V liefert er 2,5 V, und dann je nach Stromstärke und 
-Richtung.
Der Stromsensor hat einen extrem niedrigen Widerstand und trennt 
galvanisch.

Aber vielleicht ist es am einfachsten für meine Schaltung, die 
Ausgangsspannung des Stromsensors per Spannungsteilerschaltung zu 
halbieren, eine 2,5 V Refernzspannung habe ich nämlich schon dran.

Bei dem Feuchtigkeitsmesser ist es ähnlich, er liefert eine Spannung 0-5 
V zurück, linear zur gemessenen Feuchtigkeit. Ist ein HIH 4021 (ca. 20 
€/Stück).

Gruß Tilmann

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Tilmann W. schrieb:
> ein ACS712 Stromsensor

Das dachte ich mir.

Der hat natürlich NICHT 2.5V bei 0, sondern VCC/2.

Der Sensor ist voll ratiometrisch

"Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output,
VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are
proportional to its supply voltage, VCC"

Ihn gegen eine konstante Referenzspannung zu vermessen, ist also 
Blödsinn, man misst ihn gegen seine Versorgungsspannung die auch die 
Referenz des A/D-Wandlers wird.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Michael B. schrieb:
> Ihn gegen eine konstante Referenzspannung zu vermessen, ist also
> Blödsinn, man misst ihn gegen seine Versorgungsspannung die auch die
> Referenz des A/D-Wandlers wird.

Ja, da hast Du völlig Recht! Alles andere ist wirklich Blödsinn.

Falls man mehr Auflösung haben will oder braucht, kann man das mit einem 
OpAmp machen: siehe "Application 3" im Datenblatt des ACS712. Jedenfalls 
schraubt man dann nicht an der Referenz herum...

Autor: Tilmann (Gast)
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Hallo,

ist nicht die Reihenschaltung von vier 1,2-V-Referenzdioden besser als 
eine einstellbare Referenz, denn die Festlegung auf die Referenzspannung 
wird bei der einstellbaren Referenz ja mit Widerständen gemacht, was ja 
wieder Ungenauigkeit reinbringt (Temperatureinfluß).

Oder lauter temperaturkompensierte Widerstände nehmen ...

Gruß Tilmann

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Tilmann (Gast)

>ist nicht die Reihenschaltung von vier 1,2-V-Referenzdioden besser als
>eine einstellbare Referenz,

In den allermeisten Fällen nimmt man eine feste Referenzspannung und 
gut.

Einstellbare Referenzen ala TL431 sind meist OK, werden dann im Betrieb 
aber auch nicht mehr umgeschaltet.

> denn die Festlegung auf die Referenzspannung
>wird bei der einstellbaren Referenz ja mit Widerständen gemacht, was ja
>wieder Ungenauigkeit reinbringt (Temperatureinfluß).

Nö, denn erstens kann man Widerstände mit kleinem 
Temperaturkoeffizienten nehmen und 2. ist die Temperatur- und damit 
relative Widerstandsänderung der beiden Widerstände praktisch gleich, 
womit das Verhältnis konstant bleibt!

>Oder lauter temperaturkompensierte Widerstände nehmen ...

Nö, mal nachdenken.

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