Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsreferenz - kann ich das so machen?


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von svensson (Gast)


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Moin,
leider kenne ich mich mit analoger Elektronik nur wenig aus. Es sollen 
zwei analoge Sensoren (0-5V) mit einem AD-Wandler gemessen werden. 
Angestrebte Genauigkeit ist so ca. 1%.

Als AD-Wandler kommt ein ADS1115 zum Einsatz (allerdings werde ich nur 
die obersten 12 Bit nutzen).

Um eine vernünftige Referenzspannung für den AD-Wandler und die Sensoren 
(beide jeweils ca. 30mA) zu bekommen, wollte ich die oben gezeigte 
Schaltung verwenden, die bis etwa 200 mA funktionieren sollte.

Sehe ich das richtig?

Vielen Dank

Svensson

von Klaus R. (klara)


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svensson schrieb:
> Sehe ich das richtig?

Ist doch im Datenblatt als Beispiel enthalten.
Um sicher zu sein kannst Du das ja mit LTspice testen. Dafür hat LT das 
Tool ja bereitgestellt.
mfg klaus

von Achim S. (Gast)


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svensson schrieb:
> Um eine vernünftige Referenzspannung für den AD-Wandler

der ADS1115 nutzt immer seiner interne Referenz, dem kannst du keine 
externe Referenz vorgeben.

svensson schrieb:
> wollte ich die oben gezeigte
> Schaltung verwenden, die bis etwa 200 mA funktionieren sollte.

dein Transistor wäre mit 200mA am absoluten Limit. Aber da du ja 
eigentlich nur 60mA benötigst, ist das ok.

In der Schaltungsvorlage im Datenblatt des LT1021 ist für diese 
Beschaltung noch ein 2µF Tantal am Ausgang vorgesehen - wenn LT den 
vorschlägt würde ich ihn nicht weglassen (auch wenn er vielleicht primär 
für Lastschwankungen gedacht ist, die bei deinen Sensoren evtl. nicht 
erwartet werden).

Die 9V sind ja wahrscheinlich "wirklich" 9V (und nicht nur die nominelle 
Spannung einer 9V-Batterie - denn damit würde es knapp werden).

Da du die Toleranz der Widerstände extra mit 0,1% angegeben hast: die 
macht für die Genauigkeit der erzeugten Spannung in dieser Schaltung 
keinen Unterschied.

von svensson (Gast)


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Danke für die Antworten, das hilft mir schon sehr!

Also kann ich den ADS1115 mit irgendetwas versorgen, der erzeugt dann 
eine intere Referenz? Habe ich gelesen, kann es aber kaum glauben. Und 
was ist, wenn das Signal über der externen Versorgungsspannung liegen 
würde, das kann doch nicht gehen, oder?

Doch, es handelt sich um ein tragbares Gerät, das mit 6 x AA Zellen 
arbeitet. Wieso sollte das ein Problem sein? Ich benötige ja nur 5V, 
d.h. das sind doch 4V Differenz, das sollte doch reichen.

Der von mir gekaufte Transistor ST 2N3906C hat angeblich 600mA, was ich 
aber irgendwie kaum glauben kann, daher rechne ich vorsichtshalber 
lieber nur mit 200mA.

Ich verstehe das mit dem Lineartransistor ohnehin nicht wirklich, wie 
regelt der sich denn ein. Könnte ich auch einen beliebigen anderen 
Transistor verwenden, z.B. den BD136, und hätte dann 1 A zur Verfügung?

Einen Elko kann ich gerne noch hinzufügen. Die Widerstände haben 20 Cent 
gekostet, das konnte ich investieren, wo doch der LT1021 fast 7 Euro 
kostet.

von Jörg R. (solar77)


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svensson schrieb:
> Also kann ich den ADS1115 mit irgendetwas versorgen...

Es sollte schon die passende Spannung sein, mit Äpfeln oder Birnen läuft 
er wohl nicht?

von Klaus R. (klara)


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svensson schrieb:
> Also kann ich den ADS1115 mit irgendetwas versorgen, der erzeugt dann
> eine intere Referenz? Habe ich gelesen, kann es aber kaum glauben.

Steht doch im Datenblatt.

> Und
> was ist, wenn das Signal über der externen Versorgungsspannung liegen
> würde, das kann doch nicht gehen, oder?

Steht auch im Datenblatt, Seite 6, 7.1 Absolute Maximum Ratings.

Analog input voltage
AIN0,
AIN1,
AIN2,
AIN3

GND – 0.3    VDD + 0.3 V

Die ESD Dioden am Eingang halten noch etwas ab. Aber Du solltest schon 
für eine Begrenzung sorgen. Ein Sensor liefert aber gewöhnlich keine 5V.
mfg klaus

von svensson (Gast)


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Das sind auch keine normalen Sensoren. Lt. engl. Datenblatt können die 
angeblich bis zu 5 V liefern, 0-Pegel zwischen 35-150 mV, Vollausschlag 
angeblich 5 V.
Die sind auch unglaublich träge und liefern maximal 1 Sample pro 
Sekunde.

Dann macht es schon Sinn, die Sensoren (lt. Datenblatt 3-15V) und den 
AD-Wandler aus einer gemeinsamen Quelle mit genau 5V zu versorgen. Den 
AD-Wandler wollte ich zudem mit Zenerdioden 5,1V schützen.

von Achim S. (Gast)


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svensson schrieb:
> Der von mir gekaufte Transistor ST 2N3906C hat angeblich 600mA, was ich
> aber irgendwie kaum glauben kann, daher rechne ich vorsichtshalber
> lieber nur mit 200mA.

Woher hast du diese Information? Gib uns doch einfach einen Link auf die 
Quelle. Wenn ich z.B. bei Digikey nach 2N3906 suche finde ich keinen, 
der mehr als 200mA kann. Und 200mA ist das maximum rating - das du 
sicher nicht ausreizen solltest.

svensson schrieb:
> Doch, es handelt sich um ein tragbares Gerät, das mit 6 x AA Zellen
> arbeitet. Wieso sollte das ein Problem sein? Ich benötige ja nur 5V,
> d.h. das sind doch 4V Differenz, das sollte doch reichen.

Das reicht nominell. Aber welche Spannungen haben deine Zellen 
tatsächlich? AA ist nur die Bauform, das deckt ganz unterschiedliche 
Batterietypen ab. Und wenn die Zellen nicht mehr voll sind, sinkt im 
Allgemeinen ihre Spannung. Du brauchst mindestens 7,5V (real, nicht nur 
nominell), damit deine Referenzerzeugung sicher läuft.

svensson schrieb:
> Ich verstehe das mit dem Lineartransistor ohnehin nicht wirklich, wie
> regelt der sich denn ein.

Der LT1021 versucht seinen Ausgang auf 5V zu halten. Wenn die 
Ausgangsspannung aufgrund der Belastung absinkt, liefert der LT1021 mehr 
Strom zum Ausgang. Dieser Strom kommt über den Versorgungspin in den 
LT1021 rein und vergrößert damit den Basisstrom des 2N3906. Dessen 
Stromverstärkungs sorgt dann dafür, dass deutlich mehr Strom zum Ausgang 
geliefert wird, als der LT1021 alleine könnte. Wenn du ihn gegen einen 
stärkeren pnp tauschen willst sollte der zumindest eine vergleichbare 
Stromverstärkung haben.

svensson schrieb:
> Die sind auch unglaublich träge und liefern maximal 1 Sample pro
> Sekunde.

Sensoren, die Samples pro Sekunde liefern? Auch hier die Frage: warum 
gibst du nicht einfach einen Link auf das Datenblatt?

svensson schrieb:
> Dann macht es schon Sinn, die Sensoren (lt. Datenblatt 3-15V) und den
> AD-Wandler aus einer gemeinsamen Quelle mit genau 5V zu versorgen.

Die Versorgung des ADCs ist allerdings etwas anderes als die Referenz 
des ADCs, das ist dir bewusst, oder?

svensson schrieb:
> Den
> AD-Wandler wollte ich zudem mit Zenerdioden 5,1V schützen.

Wenn die gesamte Schaltung nur mit 5V versorgt wird sind die sehr 
wahrscheinlich unnötig.

von georg (Gast)


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svensson schrieb:
> Also kann ich den ADS1115 mit irgendetwas versorgen, der erzeugt dann
> eine intere Referenz? Habe ich gelesen, kann es aber kaum glauben

Natürlich kannst du den nicht an 230 V AC anschliessen...

I.A. ist zu beachten:

Die zulässige versorgungsspannung steht im Datenblatt.

Spannungen an Eingängen müssen fast immer, also wenn nichts anderes 
ausdrücklich angegeben ist, im Bereich dieser Versorgungsspannung 
liegen, also zwischen GND und VCC.

Die meisten ADCs liefern nur gültige Messergebnisse, wenn die 
Eingangspannung  zwischen GND und der Referenzsspannung liegt.

Georg

von svensson (Gast)


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Die 600 mA stehen bei Reichelt im Datenblatt.

Mir ist schon bewußt, daß Vdd und Vref beim AD-Wandler verschiedene 
Dinge sind, aber in diesem Fall gibt es offenbar gar keinen 
Vref-Eingang. Theoretisch müßte es doch möglich sein, alle drei 
Spannungen Vsensor, Vdd und Vref aus einer Quelle zu nehmen, wenn diese 
einen hinreichend starken Strom liefern könnte.
Ich will vermeiden, mit verschiedenen Spannungsreglern herumhantieren zu 
müssen.
Und schließlich nützt mir doch die beste Referenz nichts, wenn die 
Sensoren schwankende Spannungen erhalten, falls die nicht dagegen intern 
geschützt sind, was der Hersteller aber nicht verrät.

Kann ich auch einen Lineartransistor mit höherer Verstärkung nehmen? 
Dann könnte ich einen Darlington nehmen und müßte eigentlich immer auf 
der sicheren Seite sein, oder?

Die 7,5V müßte ich mit Standard-Alkali doch locker hinbekommen. Notfalls 
sollen die Nutzer halt öfter die Batterien wechseln.

von svensson (Gast)


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>Wenn die gesamte Schaltung nur mit 5V versorgt wird sind die sehr
wahrscheinlich unnötig.

Das denke ich zwar auch, aber man weiß ja nicht, was die Nutzer damit 
später treiben. Und die Snesoren kosten vierstellig, da will ich kein 
Risiko eingehen...

von Achim S. (Gast)


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svensson schrieb:
> Die 7,5V müßte ich mit Standard-Alkali doch locker hinbekommen. Notfalls
> sollen die Nutzer halt öfter die Batterien wechseln.

wenn du meinst
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Aa-alkaline-100_c-v.png

svensson schrieb:
> Kann ich auch einen Lineartransistor mit höherer Verstärkung nehmen?
> Dann könnte ich einen Darlington nehmen und müßte eigentlich immer auf
> der sicheren Seite sein, oder?

Warum willst du unbedingt den Strom weiter boosten, wenn 60mA für deine 
Sensoren doch angeblich ausreichen?

svensson schrieb:
> heoretisch müßte es doch möglich sein, alle drei
> Spannungen Vsensor, Vdd und Vref aus einer Quelle zu nehmen, wenn diese
> einen hinreichend starken Strom liefern könnte.

Du kannst Vsensor und Vdd aus einer Quelle nehmen. Vref generiert der 
ADC selbst (aber ich glaube, das wurde schon mal erwähnt).

svensson schrieb:
> Und schließlich nützt mir doch die beste Referenz nichts, wenn die
> Sensoren schwankende Spannungen erhalten,

Kommt darauf an, was es für Sensoren sind. Es gibt welche, bei denen die 
Ausgangsspannung der Versorgung folgt. Und es gibt welche, bei denen das 
nicht der Fall ist. Es wäre nett, wenn du uns einen Link zu den 
konkreten Sensoren geben könntest (aber ich glaube, das wurde schon mal 
erwähnt).

svensson schrieb:
> Die 600 mA stehen bei Reichelt im Datenblatt.

Nein: in der Produktüberschrift zu einem 2n3906 steht auf der 
Reicheltseite fälschlicherweise 600mA. Wenn du dir die Mühe machst, in 
das dort hinterlegte Datenblatt zu schauen, siehst du ebenfalls wieder 
200mA. Und mit dem oben von dir angegebenen Kürzel "ST 2N3906C" finde 
ich bei Reichelt gar kein Produkt.

svensson schrieb:
> Und schließlich nützt mir doch die beste Referenz nichts, wenn die
> Sensoren schwankende Spannungen erhalten, falls die nicht dagegen intern
> geschützt sind, was der Hersteller aber nicht verrät.

Die meisten ernstzunehmenden Hersteller (nicht alle) verraten alle 
notwendigen Informationen im Datenblatt. Du hingegen verrätst nicht mal, 
um welche Sensoren es konkret geht. Wie sollen wir erraten, wie die 
Sensoren auf schwankende Versorgung reagieren?

svensson schrieb:
> da will ich kein
> Risiko eingehen...

Dann solltest du tatsächlich beginnen, die Datenblätter im Detail zu 
lesen (statt die Schaltung auf Verdacht zu bauen).

von Manfred (Gast)


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svensson schrieb:
> Also kann ich den ADS1115 mit irgendetwas versorgen, der erzeugt dann
> eine intere Referenz? Habe ich gelesen, kann es aber kaum glauben.

Er hat, sogar ziemlich genau. Weiterhin steht ausdrücklich im 
Datenblatt, dass eine externe Referenz nicht möglich ist.

> was ist, wenn das Signal über der externen Versorgungsspannung liegen
> würde, das kann doch nicht gehen, oder?

Dann geht das IC kaputt, Grenzwert im Datenblatt Vcc+0,3V. Etwas 
mißverständlich finde ich die Angabe "6,144V-Range", da er diese 
Spannung am Eingang nicht darf.

Wenn Du oberhalb Betriebsspannung messen willst, suche nach anderen ICs, 
es gibt diese.

von Achim S. (Gast)


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Manfred schrieb:
> Etwas
> mißverständlich finde ich die Angabe "6,144V-Range", da er diese
> Spannung am Eingang nicht darf.

Der ADS1115 darf auch mit mehr als 5V versorgt werden, dann ist dieser 
Messbereich möglich (wenn auch der empfohlene Bereich nur bis 5,5V 
geht.)

von svensson (Gast)


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>Warum willst du unbedingt den Strom weiter boosten, wenn 60mA für deine
>Sensoren doch angeblich ausreichen?

Nun, ich dachte, wenn ich hier schon kompetente Hilfe bekomme, dann kann 
ich die Spannungsreferenz evtl. auch für weitere Projekte verwenden, die 
evtl. einen größeren Strom erfordern. (Warum immer das Rad neu 
erfinden...)

>Und mit dem oben von dir angegebenen Kürzel "ST 2N3906C" finde
>ich bei Reichelt gar kein Produkt.

Das steht auf den Transistoren, die sie mir geliefert haben. Eben weil 
es in der Beschreibung und im Datenblatt abweicht, habe ich 
sicherheitshalber den niedrigeren Wert genommen.
Ja, ich müßte mit den 60 mA hinkommen. Der ADS1115 scheint ja nicht sehr 
viel zu verbrauchen 0,9mW bei 5,0V. Das erscheint mir aber sehr wenig.

>nicht alle verraten alle notwendigen Informationen im Datenblatt
Es handelt sich um Unterwassersensoren für Chlorophyl, da kann ich 
keinen anderen Hersteller wählen. Außerdem sind die Dinger schon gekauft 
worden (nicht von mir). Datenblätter lagen bei, sind aber spärlich.

von Achim S. (Gast)


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svensson schrieb:
> Nun, ich dachte, wenn ich hier schon kompetente Hilfe bekomme, dann kann
> ich die Spannungsreferenz evtl. auch für weitere Projekte verwenden, die
> evtl. einen größeren Strom erfordern. (Warum immer das Rad neu
> erfinden...)

Weil "Spannungsreferenz" und "1A Ausgangsstrom" zwei völlig verschiedene 
Welten sind. Beides mit der selben Lösung erledigen zu wollen führt 
meist dazu, dass beide Anforderungen schlecht erfüllt werden.

svensson schrieb:
> Eben weil
> es in der Beschreibung und im Datenblatt abweicht,
Das ist aber ein völlig andere Aussage als
svensson schrieb:
> Die 600 mA stehen bei Reichelt im Datenblatt.


svensson schrieb:
> Es handelt sich um Unterwassersensoren für Chlorophyl, da kann ich
> keinen anderen Hersteller wählen.

Oh man. Es ist also geheim, welchen konkreten Sensor du einsetzt? Na, 
dann noch viel Spaß beim Basteln.

von svensson (Gast)


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Du hast mir auf jeden Fall sehr geholfen. Dafür vielen Dank schon 
einmal.

Sobald ich die Meßwerte ins Digitale konvertiert habe, bin ich dann 
wieder sattelfester.

Ja, manchmal muß auch die Wissenschaft sich zeitweise bedeckt halten.

von svensson (Gast)


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Moin,
da habe ich doch noch eine Frage zur Batterieversorgung.

"Verbrät" die oben gezeichnete Schaltung wirklich 2,5V? Also 7,5V 
Eingangsspannung erforderlich für 5,0V Ausgangsspannung @ 60mA?

Wenn ich mir die Entladekennlinie so anscheue
>wenn du meinst
>https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Aa-alkaline-100_c-v.png
dann bedeutet das , daß bei geforderten >1,25V nur 1/3 der Kapazität 
genutzt werden kann, bei tiefen Temperaturen (so hinunter bis -5 °C 
wären schon möglich) evtl. sogar noch weniger.

Das stellt sich die Frage, ob nicht auch Lithium-Eisensulfid-Batterien 
genutzt werden könnten, z.B. diese hier
http://data.energizer.com/pdfs/l91.pdf
Die Anfangsspannung von 6 x 1,8V = 10,8V wäre für die Sensoren noch 
unschädlich (im Fehlerfalle), sinkt aber rasch auf 1,5V. Damit müßten 
sich bei ca. 100mA Belastung Betriebszeiten von ca. 30 Stunden 
realisieren lassen.

von Purzel H. (hacky)


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Irgendwie wird das nichts. Eine Referenz muss nie 200mA liefern. Das ist 
ein Konzeptfehler. Und von 10V auf 2.5V runterbraten bringt auch nichts.

von svensson (Gast)


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Die Schaltung funktioniert. Allerdings nicht so wie gewünscht, weil R. 
mir die LT1021-10 statt der LT1021-5 geliefert hat. GRR.

von svensson (Gast)


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Bis 380mA habe ich gemessen, dann fängt der Transistor aber an zu 
stinken. Er hat es aber überlebt...

Die erforderliche Differenz Eingangsspannung zu Ausgangsspannung scheint 
mit 2.5V auch abgedeckt zu sein.

Die Genauigkeit scheint für meine Anwendung ausreichend zu sein, wenn 
vielleicht die 0,05% auch nicht ganz erreicht werden.

von nachtmix (Gast)


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svensson schrieb:
> weil R.
> mir die LT1021-10 statt der LT1021-5 geliefert hat. GRR

Pollin hat z.Zt. den AD584 für 1,95, der ähnlich gute Daten hat, etwas 
mehr Strom liefern kann und sich allein mittels Drahtbrücken auf 2,5V 
5,0V 7,5V und 10.0V einstellen lässt.

von nachtmix (Gast)


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svensson schrieb:
> Und schließlich nützt mir doch die beste Referenz nichts, wenn die
> Sensoren schwankende Spannungen erhalten, falls die nicht dagegen intern
> geschützt sind, was der Hersteller aber nicht verrät.

Deshalb versucht man meist einen ratiometrischen Betrieb zu realisieren, 
bei dem die genaue Höhe der Betriebsspannung unwichtig ist.
Ich habe  leider nicht gesehen, ob deine Sensoren dafür geeignet sind 
bzw. um was es sich überhaupt handelt.

von svensson (Gast)


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>ratiometrischen Betrieb
Der ist bei diesen Sensoren nicht möglich. Die sind mit Elektronik 
vollgestopft und werkskalibriert.

Ich habe den Hersteller angeschrieben, ob die Genauigkeit des 
Ausgangssignals  überhaupt von der Qualität der Eingangsspannung 
abhängig ist.

von svensson (Gast)


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Der Hersteller sagt, daß das Ausgangssignal tatsächlich von der Qualität 
der Spannungsversorgung abhängig ist. Die Spannungsversorgung soll so 
stabil wie möglich sein.

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