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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsbegrenzung und negative Spannung abschneiden


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Autor: Maxi (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe einen Sensor, der mir ein Sensorsignal zwischen -9V und +9V 
ausgibt. Dieses Signal will ich nun mit einem ADC einlesen, der aber nur 
0-3,3V Eingangsspannung aushält.


Um das Signal von +-9V auf +-3,3V zu bringen würde ich einen 
Spannungsteiler benutzen.

Wenn das Sensorsignal negativ wird will ich es einfach abschneiden, also 
auf Masse legen (im normalen Betrieb sollte das Signal sowieso immer im 
positiven Bereich sein).

Dazu habe ich mir eine Schaltung überlegt, die mit möglichst wenigen 
Bauteilen auskommt (im Anhang).

Kann ich diese Schaltung so verwenden? und falls ja:

Brauche ich noch einen Widerstand hinter der Diode?
Soll ich die Diode besser vor oder nach dem Spannungsteiler platzieren?
Worauf muss ich bei der Diode achten? Welche Diode kann ich hier nehmen?

Vielen Dank!

: Verschoben durch Moderator
Autor: Sven B. (scummos)
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Nimm eine Schottkydiode (wegen der geringeren Vorwärtsspannung); Extra 
Widerstand brauchst du keinen, der vom Spannungsteiler genügt.

Autor: Maxi (Gast)
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Natürlich sollte die Diode in Reihe vor den ADC Eingang, im Anhang noch 
einmal eine aktualisierte Schaltung!

Sorry!

Autor: Maxi (Gast)
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Hallo,

Sven B. schrieb:
> Nimm eine Schottkydiode (wegen der geringeren Vorwärtsspannung); Extra
> Widerstand brauchst du keinen, der vom Spannungsteiler genügt.

da warst du aber schnell. Das heißt, ich kann meinen "originalen" Plan 
so verwenden?

Geringe Vorwärtsspannung werde ich mir merken! Danke!

Autor: Peter R. (Gast)
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Die Diode vor den Spannungsteiler, als Schottky-Diode. Dann werden die 
etwa 100...200mV Spannungsverlust an der Diode mit R1/(R1+R2)geteilt, 
die Diode verursacht also auf der Niederspannungsseite nur einen Verlust 
von  33...66 mV.

Bei Minusspannung ist die Sperrwirkung der Diode am 9V-Ende ebenfalls 
wesentlich wirksamer als die aufgrund der Durchlasspannung entstehenden 
100...200mV bei der Diode an der 3,3V-Seite des Teilers..

Autor: Norbert S. (norberts)
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Moin,

Schottky ja, aber pass bitte unbedingt auf den Leckstrom auf. Selbst 
beim gleichen Typ kann der je nach Hersteller unterschiedlich sein.
Etliche 10µA gibt es da durchaus, wobei sich das auf die max. Spannung 
bezieht.

Gruß,
Norbert

Autor: HildeK (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Die Diode vor den Spannungsteiler, als Schottky-Diode.

Aber nur, wenn die ±9V-Quelle nicht allzu niederohmig ist. Es wird sonst 
bei der negativen Halbwelle ein heftiger Strom fließen!
Allenfalls kannst man noch den R1 aufteilen, aber notwendig ist das 
nicht. Die -300mV tun praktisch keinem Eingang weh.

Autor: Norbert S. (norberts)
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Moin,

Die Schottky natürlich nicht in Reihe sondern wie im ursprünlichen Plan.
Die Vorwärtsspannung ist "irgendwas" und die Messung würde zur Schätzung 
werden.

Gruß,
Norbert

Autor: Sven B. (scummos)
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Der ursprüngliche Plan mit einer Schottky-Diode macht schon Sinn. Sobald 
die Spannung zu negativ wird, wird die Diode leitend und schützt so die 
viel empfindlicheren Schutzdioden des ADC. Durch den Spannungsteiler ist 
auch garantiert, dass kein großer Strom fließt, und Messfehler entsteht 
-- wie schon erwähnt abgesehen vom Leckstrom, auf den man in der Tat 
achten sollte -- auch keiner. Außer du willst sehr schnell messen, dann 
baust du dir durch Spannungsteiler und Diodenkapazität einen 
RC-Tiefpass, aber das ist vermutlich für deine Anwendung egal.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Maxi schrieb:
> Kann ich diese Schaltung so verwenden?

Ja.

Die meisten ADC kommen damit klar, wenn R1 nur gross genug ist. Die 
Diode haben die schon eingebaut.

Begrenze den Strom auf unter 2mA (z.B. 100uA durch R1 bei -9v) und alles 
ist gut.


Maxi schrieb:
> Natürlich sollte die Diode in Reihe vor den ADC Eingang

SICHER nicht, da kommt ja eine völlig falsche Spannung bei raus.

Autor: Norbert S. (norberts)
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Michael B. schrieb:
> Begrenze den Strom auf unter 2mA (z.B. 100uA durch R1 bei -9v) und alles
> ist gut.

Aber bitte nicht nur 100µA mit Schottky. Das wird mit dem Leckstrom ein 
Thermometer, da der extrem von der Temperatur abhängt.
Entweder hochohmig (ca. 100k) oder Schottky (dann im unteren 
einstelligen kOhm Bereich).

Gruß,
Norbert

Autor: J Zimmermann (Gast)
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Hallo Maxi,

geht Dir beim "Abschneiden" der negativen Anteile nicht Info verloren, 
in dem
Fall müsstest Du mit einem OPV das Signal quasi "verschieben".

Gruß
Achim

Autor: ek13 (Gast)
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oder den gesamten Bereich +/-9V auf 0-3,3V wandeln

Autor: Maxi (Gast)
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Hallo ek13,

könntest du (oder jemand anderes mit Ahnung) kurz die Funktionsweise 
dieser Schaltung erläutern? Wozu dient der Anschluss an +3,3V?

Viele Grüße

Autor: Wolfgang (Gast)
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Maxi schrieb:
> könntest du (oder jemand anderes mit Ahnung) kurz die Funktionsweise
> dieser Schaltung erläutern?

Stichwort "Spannungsteiler"

> Wozu dient der Anschluss an +3,3V?

Damit aus negativer Eingangsspannung eine positive für den ADC wird.

Autor: Erich (Gast)
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Maxi schrieb:
> könntest du (oder jemand anderes mit Ahnung) kurz die Funktionsweise
> dieser Schaltung erläutern? Wozu dient der Anschluss an +3,3V?

>>Um das Signal von +-9V auf +-3,3V zu bringen würde ich einen
>>Spannungsteiler benutzen.

Du solltest es selbst mal ausrechnen, damit du es verstehst:

a) der Eingang habe  0 Volt. Welche Spannung geht zum ADC ?
b) der Eingang habe +9 Volt. Welche Spannung geht zum ADC ?
c) der Eingang habe -9 Volt. Welche Spannung geht zum ADC ?

Gruss

Autor: Maxi (Gast)
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Erich schrieb:
> Du solltest es selbst mal ausrechnen, damit du es verstehst:
>
> a) der Eingang habe  0 Volt. Welche Spannung geht zum ADC ?

Hier kommen ~1,65V am ADC an, also die 3,3V über einen 1:1 
Spannungsteiler aus den Widerständen 36k bzw. 100k||56k.

Wie kann ich den Fall für +-9V berechnen? Wenn ich bei -9V erst mal den 
3,3V-Ast weglasse bekomme ich am ADC eine Spannung von -3,2V. Ich denke, 
die 3,3V werden dann darauf addiert? Aber warum?

Viel Grüße

Autor: Erich (Gast)
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Maxi schrieb:
> Aber warum?

Weil ein Herr Kirchhoff anno 1845 die Knoten- und Maschenregel gefunden 
hat.

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0608011.htm

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Norbert S. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Begrenze den Strom auf unter 2mA (z.B. 100uA durch R1 bei -9v) und alles
>> ist gut.
>
> Aber bitte nicht nur 100µA mit Schottky.

Natürlich, wie schon geschrieben, die Diode ist i.A. schon im Chip.

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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Die Diode kannst Du weglassen oder bei Bauchweh auch drinlassen.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Maxi schrieb:

> ich habe einen Sensor, der mir ein Sensorsignal zwischen -9V und +9V
> ausgibt. Dieses Signal will ich nun mit einem ADC einlesen, der aber nur
> 0-3,3V Eingangsspannung aushält.

Nimm einen Spannungsteiler mit Offset:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler#Spannungsteiler_mit_Offset.2C_passiv

Eine Reihendiode verfälscht Dein Signal

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