Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsanpassung


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Robert (Gast)


Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich würde gerne mit einem Operationsverstärker (z.B. AD820) eine 
Schaltung zum Anpassen eines Spannungsbereichs entwerfen. Weiß aber 
leider nicht genau wie ich das machen soll. Die Schaltung soll mir aus 
dem Spannungsbereich von 0.5 - 3.1V einen Spannungsbereich von 0 - 3.3V 
erzeugen.

Könnte mir jemand dabei helfen?

Grüße
Robert

: Verschoben durch Moderator
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Die Schaltung soll mir aus dem Spannungsbereich von 0.5 - 3.1V einen
> Spannungsbereich von 0 - 3.3V erzeugen.
Warum? Kommt dahinter ein ADC?
Falls ja: brauchst du dieses sechstel Bit unbedingt?

Robert schrieb:
> einen Spannungsbereich von 0 - 3.3V erzeugen.
Welche Versorgungsspannung hast du für den OP? Nur einfache 3,3V?
Dann brauchst du einen anderen OP, denn der AD820 braucht mindestens 5V 
zum Arbeiten und der eingesetzte OP sollte im Gegensatz zum AD820 auch 
R2R Eingänge haben...

: Bearbeitet durch Moderator
von Karl M. (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Hallo,
>
> ich würde gerne mit einem Operationsverstärker (z.B. AD820) eine
> Schaltung zum Anpassen eines Spannungsbereichs entwerfen. Weiß aber
> leider nicht genau wie ich das machen soll. Die Schaltung soll mir aus
> dem Spannungsbereich von 0.5 - 3.1V einen Spannungsbereich von 0 - 3.3V
> erzeugen.
>
> Könnte mir jemand dabei helfen?
>
> Grüße
> Robert

Ein Subtrahierer 0,5V mit nachgeschaltetem Verstärker a = 
3,3V/(3,1V-0,5V) = +1,2692 fach

von void (Gast)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Könnte mir jemand dabei helfen?

Du möchtest einen
 (nicht invertierenden) Verstärker mit Verstärkungsfaktor ~1,27 (=2,6V / 
3,3V)
und einen
 Subtrahierer um 0,5V abzuziehen.

Beides zusammen findest zu unter der Bezeichnung Differenzverstärker:
 https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm


U_e2 ist deine Eingangsspannung. R1, R2, R3, R4 berechnest du so, dass 
sich die Verstärkung von 1,27 ergibt (U_a = 1,27 * U_e2). Das ist der 
Teil des nicht invertierenden Verstärkers.

An U_e1 legst du eine positive Spannung an mit der sich U_a = -0,5V 
ergibt (wenn Ue2 auf Masse liegt. R1+R2 braucht du für die Berechnung). 
Das ist der Teil des Subtrahierers (=invertierender Verstärker).

Berechnungen für beide Teile und auch eine Vereinfachung dieser unter 
"Schaltungsdimensionierung" findest du im genannten Link.

von zdw (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lothar M. schrieb:
> und der eingesetzte OP sollte im Gegensatz zum AD820 auch
> R2R Eingänge haben...

Insgesamt also ein Rail-to-Rail an Input und Output Typ.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und er sollte den gewünschten Ausgangsstrom bei den gewünschten 
Ausgangsspannungen mit der geplanten Versorgung auch tatsächlich 
schaffen.
0V kann ein R2R-Output ohne negative Versorgung unter Belastung (z.B. 
Pullup) schon mal gar nicht.
Bei 3,3V sieht das dann auch nicht viel besser aus, wenn die Versorgung 
auch nur 3,3V ist.

: Bearbeitet durch Moderator
von Jörg R. (solar77)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> ich würde gerne...

Und weshalb soll/muss diese Anpassung erfolgen?

von Harald W. (wilhelms)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg R. schrieb:
> Robert schrieb:
>> ich würde gerne...
>
> Und weshalb soll/muss diese Anpassung erfolgen?

Vermutlich, weil der TE noch nicht den Unterschied zwischen
Auflösung und Genauigkeit kennt. :-)

von Jörg R. (solar77)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Harald W. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Robert schrieb:
>>> ich würde gerne...
>>
>> Und weshalb soll/muss diese Anpassung erfolgen?
>
> Vermutlich, weil der TE noch nicht den Unterschied zwischen
> Auflösung und Genauigkeit kennt. :-)

Das glaube ich nicht das es darum geht. Die Auflösung ändert sich auch 
nur unwesentlich. Ich vermute mal das vom TO nicht mehr viel kommt.

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für eure Antworten. Konnte leider erst jetzt antworten. Ich 
würde das gerne versuchen weil ich vor Jahren mal ein Peletierelement 
über einen OPA548 angesteuert hatte. Dort hatte ich eine Schaltung, die 
mir aus einer Spannung von 0 - 3.3V (kommend vom Prozessor) zuerst mit 
einem AD820 eine Spannung von -3.3 - 3.3V erzeugt hatte und über den 
OPA548 dann eine Spannung von -10 - ¨¨10V (Strom 3A). Diese Spannung 
ging dann auf das Peletierelement. Nun habe ich eben eine 
Eingangsspannung von 0.5 bis 3.1V und ich möchte wieder das gleiche 
Peletier ansteuern und habe mir gedacht ich passe einfach meine 
Eingangsspannung an.

Ich habe positive und negative Versorgungsspannungen für die OPs zur 
Verfügung.

Ich bin mir sicher ich mache das alles etwas kompliziert aber ich glaube 
es funktioniert so. Danke für die Tips. Ich werde das morgen gleich mal 
mit Multisim simulieren. Für weitere Anregungen bin ich natürlich 
dankbar.

Grüße

von A. S. (achs)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Ich werde das morgen gleich mal mit Multisim simulieren.

Und den Schaltplan hier einstellen. Nachdem Du alle Spannungen hast, ist 
mir die Aufgabe nämlich völlig unklar. Willst du das PE regeln?

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es soll dann über 0.5-3.1V geregelt werden, ja.

Grüße

von Thomas (Gast)


Bewertung
-3 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn denn so, warum hier in diesem Fall nicht per PWM? Wäre doch 
zeitgemäßer ?

Oder was sagen die hier anwesenden Professoren?

von Dieter (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Die (möchtegern) Professoren sagen da, dass der Wirkungsgrad mit PWM 
leider in dem Falle schlechter wird.

Zur Veranschaulichung nehme man ein Ersatzschaltbild bestehend aus einer 
Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Zenerdiode. Der Widerstand 
habe 1 Ohm die ZD 1V.

Im ersten Falle nehme man einen Konstantstrom von 1A im zweiten Fall 
einen Strom von 2A mit einem Taktverhältnis von 50%. Im zweiten Falle 
sind die ohmschen Verluste höher.

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

leider bekomme ich die Rechnung nicht ganz hin. Als erstes habe ich die 
Widerstände so eingestellt:

R1 = R3 = 100k
R2 = R4 = 150k

Damit habe ich eine Verstärkung V = 1,5.

Als nächstes müsste ich doch mit Ua = R2/R1*(Ue2 - Ue1) die Spannung Ue1 
berechnen.
Umgestellt nach Ue1 erhalte ich:

Ue1 = -1*(Ua*R1/R2)

Wenn ich nun für Ua = 0,5V einsetze, erhalte ich für Ue1 = 1/3V.

Ich habe im Netz einen Rechner gefunden bei dem ich Werte eingeben kann.
Wenn ich die Widerstände wie oben eingebe, Vin1 auf 1/3V und Vin2 auf 0V 
habe ich Vout = -500mV.

Nun will ich ja bei an Ue2 = 500mV gleich 0V am Ausgang. Wenn ich an 
diesem Rechner Vin2 = 500mV eingebe bekomme ich 250mV Vout.

Bestimmt ist das alles richtig aber ich hätte es gern anders. Oder mache 
ich etwas falsch?

Grüße
Robert

von void (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Damit habe ich eine Verstärkung V = 1,5.

Deine Rechnung passt schon fast. Du hast mit der falschen Verstärkung 
gearbeitet. Du wolltest eine Verstärkung von 2,6V/3,3V = ~1,27. Karl 
scheint mir da recht zu geben.

Karl M. schrieb:
> a = 3,3V/(3,1V-0,5V) = +1,2692 fach

Also kurz R2+R4 angepasst;

R1 = R3 = 100k
R2 = R4 = 127k

und U_e1 = 0,5V gesetzt, dann sollte es gehen.

> Schaltungsdimensionierung
> Bei R1 = R3 und R2 = R4.
> U_a = R2/R1 * (U_e2 - U_e1)


U_a = R2/R1 * (U_e2 - U_e1)
U_a = 127/100 * (U_e2 - 0,5V)

U_a = 127/100 * (0,5V - 0,5V) = // U_e2=0,5V  -> U_a=0V stimmt
U_a = 127/100 * (3,1V - 0,5V) = // U_e2=3,1V  -> U_a=3,302V stimmt auch


Robert schrieb:
> Umgestellt nach Ue1 erhalte ich:
> Ue1 = -1*(Ua*R1/R2)
> Wenn ich nun für Ua = 0,5V einsetze, erhalte ich für Ue1 = 1/3V.

Hier hast du noch einen kleinen Denkfehler. Beide Eingangsspannungen 
(Ue1 und Ue2) werden mit dem Faktor R2/R1 verstärkt. Am Ausgang möchtest 
du nicht 0,5V abziehen (sondern 0,5V*R2/R1). Deshalb ist 0,5V die 
Spannung die am Eingang Ue1 angelegt werden muss.

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Herzkichen Dank!

Ich muss mir das nochmal genau anschauen.

void schrieb:
> An U_e1 legst du eine positive Spannung an mit der sich U_a = -0,5V
> ergibt (wenn Ue2 auf Masse liegt. R1+R2 braucht du für die Berechnung).
> Das ist der Teil des Subtrahierers (=invertierender Verstärker).

Ich hatte versucht Ue1 auszurechnen für den Fall dass Ue2 = 0V (Masse) 
ist. und bin so auf mein Ergebnis gekommen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> Ich würde das gerne versuchen weil ich vor Jahren mal ein
> Peletierelement über einen OPA548 angesteuert hatte.
Wozu dann einen zweiten OP? Warum nimmst du den OPA548 nicht auch gleich 
zur Anpassung? Also einfach einen Umsetzer von 0,5V-3,1V direkt aufs 
Peltierelement (0-10V oder auch -10V-+10V)?

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich kann aus 0,5V bis 3,1V direkt -10V bis +10V machen. Das wäre ja 
super.
Ich versuche es mal. Für Tips bin ich aber wieder dankbar.

Grüße

von Robert (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aha, ich muss in dem Fall Ue1 auf 1,8V legen und mit V=7,7 verstärken, 
richtig?

von void (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Robert schrieb:
> aus 0,5V bis 3,1V direkt -10V bis +10V machen.
> Aha, ich muss in dem Fall Ue1 auf 1,8V legen und mit V=7,7 verstärken,
> richtig?

Sieht gut aus. Ja.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.