Hallo zusammen Ich möchte zwei 1,5V-Signale (Clock- und Data von einem Digitalmessschieber) in einen Arduino einlesen, der auf 5V läuft. In meiner Bastelkiste hab ich noch einen MC1458P gefunden, also ein Dual OPV. Die Idee wäre jetzt, per Inverting Amplifier Circuit (https://www.arrow.de/research-and-events/articles/fundamentals-of-op-amp-circuits, Schaltung 2) die 1,5V zu verdreifachen. Leider bekomme ich maximal 1,8V hin mit 3kOhm/1kOhm oder höher, ab ca 10/1 nimmt das Ausgangssignal sogar ab. Jetzt ist mein Verständnis und vor allem meine Praxiserfahrung mit Operationsverstärkern durchaus dünn, drum erstmal die Frage: Ist ein OPV, und insbesondere der Verwendete überhaupt für die Anwendung sinnvoll? Und wenn ja, wo liegt mein Denkfehler? Masse von 5V-Quelle, Eingangssignal und V- vom OPV hängen zusammen, V+ ist an 5V, das Signal vom Messchieber mit 1kOhm am inverting input A, Output mit 10kOhm zurück an inverting input. Non-Inverting-Input geht auf Masse. Daher sollte nach meiner Überlegung ja eigentlich der Output -10mal höher sein als der Input, begrenzt durch die 5V supply, was aber nicht so eintrifft. Wäre dankbar für den einen oder anderen Hinweis Viele Grüße Phillip
Phillip H. schrieb: > Wäre dankbar für den einen oder anderen Hinweis Wir wären dankbar für ein SchaltBILD, nicht SchaltPROSA!
Phillip H. schrieb: > In meiner Bastelkiste hab ich noch einen MC1458P gefunden, also ein Dual > OPV. Hast Du auch ein Datenblatt gefunden? http://www.ti.com/lit/ds/symlink/mc1458.pdf Dort steht das der MC1458P mindestens mit +/- 5 V betrieben werden sollte. So wie ich Dich verstanden habe, hast Du den OPV mit +5 V versorgt. Dann hast Du einen invertierten Betrieb vorgesehen. Wenn Du + 1,5 V am Eingang anschließt, bekommst Du -4,5 V heraus. Eine negative Spannung hast Du aber nicht, sondern nur die + 5V. Bei +/-15 V Versorgung schafft der OPV nur +/-12 V. Also die restlichen 3 V schafft er nicht. Folglich, wenn der OPV überhaupt nur mit + 5V laufen würde, könnte er Dir so und so nur +2 V liefern. Du benötigst einen Rail2Rail OPV und die 3. Schaltung, einen Nicht-invertierenden Verstärker. mfg Klaus
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Ok, danke für die Hinweise. Ist denn ein OPV dann überhaupt "the way to go"?
Die Spannung Digitaler Signale verstärkt man eher mit Pegelwandlern, gerne auch einzelne Transistoren. Operationsverstärker sind eher für analoge Signale gedacht.
Ich habe mir jetzt mal den Artikel zu den Pegelwandlern hier auf der Seite durchgelesen (https://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandler), aber so richtig viel weiter bin ich jetzt noch nicht: Der Messchieber wir von einer Knopfzelle betrieben, als Output über einen USB-Stecker bekomme ich Gnd, 1,5V, Clk und Dat. Für die 1,5 auf 5V werden im Artikel nur bidirektionale Typen aufgelistet, die dann aber beide Spannungsversorgungen brauchen. Ich bin aber nicht sicher, ob ich die 1,5V auf dem Stecker wirklich dafür hernehmen kann, denn man kann einen Button zwischen die und Gnd schalten und damit den Messschieber nullen. Dh das ist wohl eher ein Input mit Pullup? Ist die Pegelwandlung 1,5 auf 5V wirklich so speziell? Fertige Boards finde ich vor allem für 3,3 auf 5V, aber nichts für meine Anwendung. Habt ihr einen Tipp für mich?
> Die Spannung Digitaler Signale verstärkt man eher mit Pegelwandlern Schaue mal das Datenblatt vom Texas TXS0108E an: "1.2 V to 3.6 V on A Port and 1.65 V to 5.5 V on B Port" Die gibt es als fertige Platinchen billig beim Chinesen und ich setze sie bei Einzelstücken ein, auch, wenn ich nicht alle acht brauche. Wenn Du andere Bauteilquellen hast, der 0108 hat auch kleinere Geschwister mit weniger Kanälen. Den Einsatz bipolarer Transistoren sehe ich kritisch, da diese Basisstrom wollen, den die Schieblehre vermutlich nicht liefert. Wenn eine Invertierung des Signals unkritisch ist, könnte ein BS170 FET zum Einsatz kommen.
Ich würde da eher einen Komparator a la LM393 benutzen. Man kann auch OpAmps dazu missbrauchen, aber die sind meistens langsam, wenn sie in Sättigung gehen. Der LM393 hat OC Ausgänge und kann damit so gut wie jeden Ausgangspegel erzeugen. Und er läuft ab etwa 2V Betriebsspannung.
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Braucht der TXS0108E die 1,5V am A-Port nur als referenz oder zieht er da auch Strom? Ich müsste am Ende 3 Messschieber anschließen, können die alle auf einen TXS0108E, oder müsste es für jeden ein eigener sein?
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Wie wäre es damit? 2 Transistoren und 4 Widerstände. Die Signale kommen zwar invertiert zum uC, aber das kann ja per Software wieder umgekehrt werden.
Ja, die Schaltung mit den Transistoren habe ich auch schon gefunden, aber da war eben die Befürchtung dass die Batterie den Basisstrom nicht (lange) liefert. Ist das unbegründet? Die Pullups könnte man sich sogar sparen da die Arduinos interne haben.
Ich würde einen Optokoppler nehmen. Erstens bist du völlig getrennt vom Stromkreis des Messschiebers und zweitens kannst du den Pegel auf 5V "verstärken"
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LM33_LM39.jpg
27 KB
Matthias S. schrieb: > Ich würde da eher einen Komparator a la LM393 benutzen. Du meinst eher LM339 bzw. LM2901 " Quad Differential Comparators", wo auch Texas zu dusselig war, das im Datenblatt korrekt zu schreiben. Damit war ich in der Prüftechnik an hochohmigen CMOS, der Vorschlag gefällt mir und ist wohl die beste Lösung. Phillip H. schrieb: > Braucht der TXS0108E die 1,5V am A-Port nur als referenz oder zieht er da auch Strom? Schaue ins Datenblatt, er braucht dort typ. 1,5µA, die kann man ertragen. Ohne die Versorgung beider Seiten wird er nicht funktionieren. > Ich müsste am Ende 3 Messschieber anschließen, Bei gemeinsamer Masse wäre das kein Problem. Ich nehme an, Du willst eine Maschine aufrüsten, hast also alle drei sowieso an der selben Versorgung? Egal, der LM339 ist ein guter Vorschlag, brauchst' eben zwei von. Phillip H. schrieb: > aber da war eben die Befürchtung dass die Batterie den Basisstrom nicht (lange) liefert. Schrieb ich auch, würde ich nicht machen.
Manfred schrieb: > Den Einsatz bipolarer Transistoren sehe ich kritisch, da diese > Basisstrom wollen, den die Schieblehre vermutlich nicht liefert. Wenn > eine Invertierung des Signals unkritisch ist, könnte ein BS170 FET zum > Einsatz kommen. Phillip H. schrieb: > Ja, die Schaltung mit den Transistoren habe ich auch schon gefunden, > aber da war eben die Befürchtung dass die Batterie den Basisstrom nicht > (lange) liefert. Ist das unbegründet? Stimmt, der Basistrom belastet die Versorgung des Messschiebers zu stark. Darlington geht auch nicht weil dann die Spannung vom Messchieber nicht ausreicht. BS170 geht auch nicht, die erforderliche Gatespannung ist zu hoch. Also doch der OPV als Komparator.
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Phillip H. schrieb: > Ist ein > OPV, und insbesondere der Verwendete überhaupt für die Anwendung > sinnvoll? Nein. Der hat ersten einen viel zu kleinen Aussteuerungsbereich, der MC1458 ist ja ein Doppel-uA741 und braucht als negative Versorgung 3V weniger als das Signal und als positive Versorgung 3V mehr als das Signal, ausserdem ist er zu langsam für die Digitalsignale. Mach es einfach so, wie alls die Digitalmesschieber auswerten: http://www.nerdkits.com/videos/digital_calipers_dro/hispeedreadout.png http://www.nerdkits.com/videos/digital_calipers_dro/ Dann kann der PC sogar dessen Knöpfe drücken. Phillip H. schrieb: > aber da war eben die Befürchtung dass die Batterie den Basisstrom nicht > (lange) liefert. Bei 100k und 1.5V Batterie vs. 0.7V Transistorbasisspannung fliessen 7uA, da reicht selbst eine LR44 (120mAh) 2 Jahre. Ausserdem: Wer an einen Messchieber ein Kabel anschliesst, kann ihn darüber gleich mit Strom versorgen.
Bingo schrieb: > Ich würde einen Optokoppler nehmen. Die Batterie des Messschiebers dürfte dafür langfristig zu schwach sein. Wahrscheinlich auch der Mikrochip in dem Gerät. > Ausserdem: Wer an einen Messchieber ein Kabel anschliesst, kann > ihn darüber gleich mit Strom versorgen. Stimmt auch wieder.
Ok, ich werd mal testen, ob ich über den Stecker die Stromversorgung machen kann. Irgendwie ist mir noch nicht ganz klar, was das 4. Kabel genau macht. Zum einen messe ich gegen Masse 1.5V, wenn ich jedoch clc oder data Messe, sind die immer bei -1,5V,und zwar egal ob gegen Masse oder gegen das ominöse 4. Kabel gemessen, das leuchtet mir nicht so wirklich ein...
Was spricht dagegen einen einfachen FET zu nehmen mit Vorwiderstand damit das Gate nicht zu schnell geladen wird (kleinerer Ladestrom)
Welcher "einfache FET" kann denn mit <=1,5V voll ausgesteuert werden? Blackbird
Phillip Hommel schrieb: > Irgendwie ist mir noch nicht ganz klar, was das 4. Kabel > genau macht. Es wird bei deinem Messschieber nicht anders sein, als bei allen anderen.
Es gibt ja auch Mikrocontroller mit eingebauten Komparatoren, optimalerweise mit MUX zum Auswählen des Signaleingangs.
Manfred schrieb: >> Ich würde da eher einen Komparator a la LM393 benutzen. > > Du meinst eher LM339 bzw. LM2901 " Quad Differential Comparators" Nö, ich meine schon de LM393, weil ein Dual Komparator für zwei Signale reicht. Der TE hat, wie er schreibt, Clock und Data. Fügt man die Pullups am Ausgang hinzu, passt der Chip direkt an die Stelle des 1458, den er bisher probiert hat. Manfred schrieb: > wo > auch Texas zu dusselig war Texas hat alles richtig beschrieben. Es gibt als Quad Komparator den LM139, 239 und den 339, sowie den LM2901. Die Beschriftung im DB mit LMx39x ist also korrekt. Aber wir brauchen hier nur den LM193, 293 oder 393.
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Welchen Arduino hast du? Schau doch mal im Handbuch von dem Mikrocontroller nach ob da was von Comparator steht. Nach meinem Kenntnissstand haben alle Atmels sowas!
Lothar J. schrieb: > Welcher "einfache FET" kann denn mit <=1,5V voll ausgesteuert werden? Streng nach Datenblatt wohl eher keiner. Aber: - die Anwendung erfordert keine DS-Ströme im Amperebereich, zur Auswertung am Arduino reichen auch locker 100µA .... 500µA. - für eine Einzelanwendung kann man sich durchaus mal die typische Kennlinie anschauen und einen Typ ausmessen, ob er diese einigermaßen erfüllt. So sehe ich z.B. beim IRLML6344 im Diagramm, dass er typisch bei 1.5V UGS noch mehr als 1A kann (wenn ihm nicht zu kalt ist). Damit sollte sich ein Strom von z.B. 500µA (5V an 10kΩ) doch noch schalten lassen ...
Wow, also erstmal bin ich ziemlich baff wie viele Möglichkeiten es da wohl gibt. Am einfachsten ist es wohl wirklich, mit einem kleinen Transistor, soweit die externe Stromversorgung möglich ist. Die 1,5V dafür kann ich mir per Spannunsteiler aus den 5V für den Arduino machen oder? Dafür müsste der OPV ja geeignet sein, per Spannungsfolger-Schaltung. Hab ich den Teil wenigstens richtig verstanden?
Phillip H. schrieb: > Am einfachsten ist es wohl wirklich, mit einem kleinen > Transistor, soweit die externe Stromversorgung möglich ist. > Die 1,5V dafür kann ich mir per Spannunsteiler aus den 5V für den > Arduino machen oder? Dafür müsste der OPV ja geeignet sein, per > Spannungsfolger-Schaltung. Hab ich den Teil wenigstens richtig > verstanden? Mal doch einfach mal auf, was du meinst. Der Transistor wird von den 5V am Arduino versorgt. Bisher war der Ansatz, dass der Messschieber Signale mit 1.5V liefert, musst du den jetzt auch noch versorgen? Bisher war hier von einer Knopfzelle die Rede! Wenn doch, ja es geht auch mit einem OPA, aber eher nicht mit dem MC1458. Mit einem anderen billigen, dem LM358 könnte es eher gehen. Oder gleich mit einem R2R. Je nach Stromaufnahme des Messschiebers reicht da auch ggf. nur ein Spannungsteiler mit einem Elko als Puffer. Ansonsten würde ich zwei Dioden (ev. + 1 Schottky) als Stabilisierung verwenden.
Ich MUSS ihn nicht versorgen, wenn es aber geht, warum sollte ich dann Knopfzellen nutzen, wenn das DRO (3-Achsen Display) was ich bauen möchte sowieso ne Spannungsversorgung hat. Die Sorge war, dass die einfachste der Schaltungen (zumindest für meinen Wissensstand), mit einem Transistor und Pullup zu arbeiten zu viel Basisstrom für die Knopfzellen zieht. Daher könnte ich eben den ganzen 1,5V teil auch extern Versorgen. Dazu muss ich aber eben eine hinreichend stabile 1,5V Quelle realisieren. Da ich eben bisher noch nie mit einem Operationsverstärker gearbeitet habe, fehlen mir die Praxiswerte, was da jeweils am besten geeignet ist. Magst Du kurz erläutern, warum der LM358 dafür besser geeignet ist? LG
Phillip H. schrieb: > Die Sorge war, dass die einfachste > der Schaltungen (zumindest für meinen Wissensstand), mit einem > Transistor und Pullup zu arbeiten zu viel Basisstrom für die Knopfzellen zieht. Als weitere Frage steht im Raum, wieviel Strom der Ausgang treiben kann. > Daher könnte ich eben den ganzen 1,5V teil auch extern Versorgen. > Dazu muss ich aber eben eine hinreichend stabile 1,5V Quelle > realisieren. Das kann ein LM317 ohne Probleme. > Da ich eben bisher noch nie mit einem Operationsverstärker gearbeitet > habe, fehlen mir die Praxiswerte, was da jeweils am besten geeignet ist. Ich denke, dass die Komparatorbausteine LM393 oder LM339 den besten Weg darstellen. Der Komparator ist nicht viel anders als ein Operationsverstärker. Die benannten Typen haben kein Problem mit Deinem geringen Signalpegel und brauchen fast keinen Strom am Eingang. Da macht es wenig Sinn, krampfhaft einen klassischen OP verwenden zu wollen - ausser, Du hast die in der Schublade. Die LM339 sind (mit leicht abweichenden Daten) auch noch als MC3302 / LM3302 unterwegs.
Phillip H. schrieb: > Magst Du kurz erläutern, warum der LM358 dafür besser geeignet ist? Das Hauptproblem ist, dass der Ausgang beim 358 bis fast an 0V herankommen kann, ebenso die Eingänge. Außerdem arbeitet er ab 3V. Das ist bei vielen anderen nicht der Fall. Der 1458 muss im schlechtesten Fall 3V Abstand von den Rails habe - am Ein- und am Ausgang. Deshalb kann er keine 1.5V am Ausgang abliefern, außer du versorgst ihn mit +/-5V.
Manfred schrieb: > Das kann ein LM317 ohne Probleme. > ... > Ich denke, dass die Komparatorbausteine LM393 Genau so ist es bei der "Schieblehrenanzeige SLA 1" von ELV realisiert: LM317 für die 1,5V-Versorgung und LM393 für Clock und Data. Und das funktioniert einwandfrei.
Ok, vielen Dank für all die tollen Tipps. Ich hab die nächsten Tage eh keine Zeit zum basteln und mir derweil mal ein paar LM393 und 317er bestellt. Zunächst will ich eh erstmal auf dem Breadboard irgendwie das Signal auf 5V anheben, damit ichs im Arduino einlesen kann.
Phillip H. schrieb: > Zunächst will ich eh erstmal auf dem Breadboard irgendwie das Signal auf > 5V anheben, damit ichs im Arduino einlesen kann. Mir hat es immer Spass gemacht, auf dem Steckbrett mit OpAmps und Komparatoren rumzuspielen. Probier die invertierende und die nicht invertierende Schaltung aus. Wichtig ist beim LM393 nur, das am Ausgang ein Pullup gegen Plus da ist (z.B. 1k) oder eine LED mit Vorwiderstand gegen Plus, damit man auch was sieht. Ist der Minus Eingang höher als der Plus Eingang wird die LED leuchten (Ausgang ist auf Masse). Ists umgekehrt, springt der Ausgang auf Plus und die LED geht aus. Der eine Eingang bstimmt also die Schaltschwelle und am anderen liegt das Eingangssignal. Es ist sinnvoll, wenn du dir noch ein oder zwei Potis mit Steckbrettdrähtchen machst. Können z.B. 10k oder 100k Typen sein.
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