Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Analog 0-5V mit Poti linear regelbar aus 9V


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von M. B. (f3r_dd)


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Hallo,

ich habe nicht viel Ahnung von Elektrik und Elektronik, kann aber mit 
einem Lötkolben umgehen. :)

Ich benötige eine Schaltung, mit der ich aus 9V DC ein analoges Signal 
0-5V DC bekomme.

Das ganze soll an ein Adruino Nano angeschlossen werden, der dann 
auswertet, ob nun gerade 0V oder 4,29V oder 2V oder 5V (...) am Eingang 
sind.

Die Schaltung möchte ich mit einem Poti linear regeln können.

Gibt es da schon was kleines als fertiges Teil oder kann man sowas z.B. 
mit einem LM317 oder LM7805 oder so was in der Art fix auf 
Lochrasterplatine zusammenlöten?

Danke schonmal!

von Jörg R. (solar77)


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Widerstand und Potentiometer.

von M. B. (f3r_dd)


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Danke.

Aber war da nicht was, dass man die andere Seite berücksichtigen muss? 
Also das was am Ausgang ist.

von Jens G. (jensig)


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M. B. (f3r_dd)

>Danke.

>Aber war da nicht was, dass man die andere Seite berücksichtigen muss?
>Also das was am Ausgang ist.

Ja, der Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung sollte möglichst 
hochohmig im Vergleich zur Poti-Schaltung sein, um nicht einen 
belasteten Spannungsteiler mit entsprechend krummer Kennlinie zu 
erhalten.

von M. B. (f3r_dd)


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Okay und der Eingang vom Arduino ist wohl hochohmig?

von Jörg R. (solar77)


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M. B. schrieb:
> Danke.
>
> Aber war da nicht was, dass man die andere Seite berücksichtigen muss?
> Also das was am Ausgang ist.

Ggf. kann man die Widerstandswerte verkleinern, was aber einen höheren 
Strom durch die Schaltung mit sich bringt.

Alternativ kann man einen Spannungsfolger (Impedanzwandler) zwischen 
Poti und Nano-Input vorsehen. Der OPV muss dann aber R2R sein, will man 
keine zusätzliche negative Spannung bereitstellen.

Ehrlich gesagt weiß ich aber gerade nicht wie hoch der 
Eingangswiderstand ist.

Probiere es sonst einfach aus. Spannung am Poti einmal mit, einmal ohne 
angeschlossenen Eingang messen. Wenn keine Abweichung...ok.

: Bearbeitet durch User
von M. B. (f3r_dd)


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Super, vielen Dank!

von foobar (Gast)


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Der Atmega328 hat an den Analogeingängen einen Eingangswiderstand von 
100MΩ - also sehr hochohmig.  Allerdings muss der Sample-Kondensator (ca 
14pF) umgeladen werden.  Dafür steht ein ADC-Takt zur Verfügung - wenn 
die Quelle das in dieser Zeit nicht schafft (weil zu hochohmig), misst 
du Mist.

Wenn du da ein Problem hast, kannst du den Spannungsteiler niederohmiger 
machen, du kannst einen zusätzlichen Kondensator vom Mittelabgriff nach 
GND setzten (der lädt dann den kleinen Sample-Kondensator), oder du 
verringerst den ADC-Takt.

Beitrag #6561033 wurde vom Autor gelöscht.
von M. B. (f3r_dd)


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So? Wie wäre dann der Kondensator zu dimensionieren?

von MaWin (Gast)


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M. B. schrieb:
> Ich benötige eine Schaltung, mit der ich aus 9V DC ein analoges Signal
> 0-5V DC bekomme.
>
> Das ganze soll an ein Adruino Nano angeschlossen werden, der dann
> auswertet, ob nun gerade 0V oder 4,29V oder 2V oder 5V (...) am Eingang
> sind.

Du HAST offenbar einen Nano und der HAT schon einen Spannungsregler auf 
5V, also nutze diese 5V.
1
    +----+
2
9V--|    |----+  5V Ausgang vom Nano
3
    |Nano|    |
4
    |  A0|--10kPoti am Analogeingang
5
    +----+    |
6
      |       |
7
GND---+-------+ Masse
Der Vorteil: da der Analogeingang des Nano auch auf diese 5V bezogen 
ist, wird jede Schwankung der Spannung gleichartig am Poti erscheinen 
und dieselbe Potistellung führt zu demselben Messwert "1023 wenn das 
Poti am oberen Anschlag steht, 512 wenn es in der Mitte steht" egal ob 
4.9, 5.0 oder 5.1V gerade aus dem Spannungsregler kommen.

10k ist als Widerstandswert für das Poti auch passend, braucht mit 500uA 
nur wenig Strom und der Analogeingang misst trotzdem genau.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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M. B. schrieb:
> So? Wie wäre dann der Kondensator zu dimensionieren?

Nein, lass das mal. Das 10kΩ Poti passt schon ohne zusätzlichen 
Schnickschnack.

von Maxim B. (max182)


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M. B. schrieb:
> Okay und der Eingang vom Arduino ist wohl hochohmig?

Laut Datenblatt sollte Eingangswiderstand 10k nicht überschreiten. Da 
als Eingangswiderstand die obere und die untere Teile von 
Spannungsteiler in Parallel gelten, sind 10k Poti und 8k Widerstand mehr 
als genug niederohmig. Auch 22,22k Poti und 17,77 k Widerstand würden 
reichen (wenn 9V-Spannungsquelle selbst niederohmig ist), falls solche 
zu kaufen wären.

: Bearbeitet durch User
von M. B. (f3r_dd)


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MaWin schrieb:
> Du HAST offenbar einen Nano und der HAT schon einen Spannungsregler auf
> 5V, also nutze diese 5V.
>     +----+
> 9V--|    |----+  5V Ausgang vom Nano
>     |Nano|    |
>     |  A0|--10kPoti am Analogeingang
>     +----+    |
>       |       |
> GND---+-------+ Masse
>
> 10k ist als Widerstandswert für das Poti auch passend, braucht mit 500uA
> nur wenig Strom und der Analogeingang misst trotzdem genau.

Danke, das klingt ja bombastisch. Was sagen die anderen dazu? Ich habe 
halt null Ahnung und freu mich über die einfachstmögliche Lösung.

von Wolfgang (Gast)


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M. B. schrieb:
> So? Wie wäre dann der Kondensator zu dimensionieren?

Das kommt drauf an, was du an den anderen Analogeingängen für Spannungen 
anliegen hast, ob du die auch messen willst und wie groß dein Restfehler 
sein darf. Schlimmstenfalls muss die Eingangskapazität des ADC 
vollständig umgeladen werden und das so schnell, dass der Restfehler 
während der Abtastung unterhalb 1/2 LSB des ADC sinkt.
Da du nur Gleichspannung messen möchtest, schadet es nichts, wenn der 
Kondensator großzügig dimensioniert ist. Nimm einfach 100nF und gut.

von HildeK (Gast)


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M. B. schrieb:
> Danke, das klingt ja bombastisch. Was sagen die anderen dazu?

Mach es so.

Und solange du uns nicht sagst, wie häufig du den Potiwert lesen wirst, 
lass den Kondensator weg. Der muss nämlich zwischen zwei Messungen 
vollständig wieder aufgeladen sein, sonst bleibt eine feste Ablage.
Ich hab hier eine vergleichbares Demoobjekt mit einem Tiny861 realisiert 
und zeige die oberen 8 Bit nur an, die stehen bombenfest. Ohne 
Kondensator; 8 Messungen pro Sekunde.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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M. B. schrieb:
> Danke, das klingt ja bombastisch. Was sagen die anderen dazu?

Kannst du so machen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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HildeK schrieb:
> Und solange du uns nicht sagst, wie häufig du den Potiwert lesen wirst,
> lass den Kondensator weg. Der muss nämlich zwischen zwei Messungen
> vollständig wieder aufgeladen sein, sonst bleibt eine feste Ablage.

Bei 10kΩ ist das noch kein Problem, der ADC kann da gar nicht zu schnell 
messen.

von M. B. (f3r_dd)


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Danke für eure rege Beteiligung und Hilfe in so kurzer Zeit. Schönes WE 
noch...

von HildeK (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Bei 10kΩ ist das noch kein Problem, der ADC kann da gar nicht zu schnell
> messen.

Wie es beim Arduino ist, weiß ich tatsächlich nicht. Ein Tiny kann 
jedenfalls wesentlich häufiger messen als im 1ms-Intervall.
Der TO hat einen Elko eingezeichnet, über den Wert hat man nicht 
geredet.
Und 1µ (setzte ich mal als kleinen Elko an) mit 10k gibt 10ms, 5 tau 
sind 50ms.

Da über die Details der Konfiguration nichts bekannt ist, war der 
einfachste Vorschlag den C einfach wegzulassen.

von Elektrofurz (Gast)


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HildeK schrieb:
> Und 1µ (setzte ich mal als kleinen Elko an) mit 10k gibt 10ms, 5 tau
> sind 50ms.

Bevor sich 1uF negativ auswirken, müsste man das Poti 20 mal pro Sekunde 
hin und her bewegen. Das schafft kein irdischer Mensch, also würde ich 
persönlich 1 bis 10uF einlöten, um das eventuelle Kratzen zu 
überbrücken.

von HildeK (Gast)


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Elektrofurz schrieb:
> Bevor sich 1uF negativ auswirken, müsste man das Poti 20 mal pro Sekunde
> hin und her bewegen. Das schafft kein irdischer Mensch, also würde ich
> persönlich 1 bis 10uF einlöten, um das eventuelle Kratzen zu
> überbrücken.

Das ist gar nicht das Problem.
Der Effekt taucht dadurch auf, dass der Sample-Kondensator aus dem 
externen C Ladung entnimmt, dadurch dessen Spannung sinkt. Wenn diese 
Ladung nicht bis zum nächsten Wandelvorgang wieder nachgeflossen ist, 
dann ergibt sich ein um ggf. mehrere LSB kleinerer Ergebniswert. Das ist 
ein netter, aber wenig bekannter Effekt.
Wenn ein Kondensator aus anderen Gründen notwendig ist, dann würde ich 
eher 10nF nehmen, natürlich abhängig von der Konversionsrate.

von M.B. (f3r_dd) (Gast)


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Mit dem Poti stelle ich während der Benutzung einmal einen Wert ein und 
lasse das dann über Stunden so stehen.

von Wolfgang (Gast)


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HildeK schrieb:
> Der Effekt taucht dadurch auf, dass der Sample-Kondensator aus dem
> externen C Ladung entnimmt, dadurch dessen Spannung sinkt. Wenn diese
> Ladung nicht bis zum nächsten Wandelvorgang wieder nachgeflossen ist,
> dann ergibt sich ein um ggf. mehrere LSB kleinerer Ergebniswert.

Wenn die Ladung nicht ausreichend schnell über den Spannungsteiler 
nachgefliefert werden kann, ist der Fehler ohne Kondensator noch viel 
größer.

von Jörg R. (solar77)


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M.B. (f3r_dd) schrieb:
> Mit dem Poti stelle ich während der Benutzung einmal einen Wert
> ein und
> lasse das dann über Stunden so stehen.

Ich würde einfach mal die Schaltung von MaWin testen. Einfacher geht es 
eigentlich nicht. Einen Kondensator wirst Du nicht benötigen.

Beitrag "Re: Analog 0-5V mit Poti linear regelbar aus 9V"

von HildeK (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Wenn die Ladung nicht ausreichend schnell über den Spannungsteiler
> nachgefliefert werden kann, ist der Fehler ohne Kondensator noch viel
> größer.

Nein, es doch ein Unterschied, ob du 1µF oder 20pF auf < 1 LSB nachladen 
musst?
Es hängt bei der o.g. Verwendung auch vom Verhalten des AD-Wandlers ab: 
wird der Samplekondensator entladen bei dem Wandelvorgang oder nicht.

Es gibt dazu Literatur von diversen Halbleiterherstellern. Ich habe nur 
gerade keinen Link zur Hand.

von Wolfgang (Gast)


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HildeK schrieb:
> Nein, es doch ein Unterschied, ob du 1µF oder 20pF auf < 1 LSB nachladen
> musst?

Es muss immer die gleiche Ladung vom Analogeingang nachgeliefert werden, 
um die 20pF auf die passende Spannung zu laden, egal ob da ein 1µF als 
Puffer sitzt oder nicht. Dem 1µF Puffer steht für das Nachladen aber 
viel mehr Zeit zur Verfügung, als nur die Sample-Zeit des Wandlers.

> Es hängt bei der o.g. Verwendung auch vom Verhalten des AD-Wandlers ab:
> wird der Samplekondensator entladen bei dem Wandelvorgang oder nicht.

Das hängt beim ATmega328 eben davon ab, was sonst noch so am Multiplexer 
passiert, i.e. ob er noch andere Analogkanäle abtastet und was dort für 
Signalpegel anliegen.

von Elektrofurz (Gast)


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Hallo? Es sollte auf jeden Fall mit 10uF abgeblockt werden, um ein 
eventuelles Knistern des Potischleifers zu unterdrücken.
Was sind schon 500ms, wenn nur dreimal am Tag daran gedreht wird?!

M.B. (f3r_dd) schrieb:
> Mit dem Poti stelle ich während der Benutzung einmal einen Wert
> ein und lasse das dann über Stunden so stehen.

von HildeK (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Dem 1µF Puffer steht für das Nachladen aber
> viel mehr Zeit zur Verfügung, als nur die Sample-Zeit des Wandlers.
Nicht die Sample-Zeit, sondern die Abtastrate! Ich hab doch gesagt: 
natürlich abhängig von der Konversionsrate. Und wenn du zu häufig 
samplest, dann reicht eben das tau nicht mehr zum ausreichend nachladen 
bei zu großem Kondensator.

>> Es hängt bei der o.g. Verwendung auch vom Verhalten des AD-Wandlers ab:
>> wird der Samplekondensator entladen bei dem Wandelvorgang oder nicht.
>
> Das hängt beim ATmega328 eben davon ab, was sonst noch so am Multiplexer
> passiert, i.e. ob er noch andere Analogkanäle abtastet und was dort für
> Signalpegel anliegen.
Ja natürlich, genau dann fällt es auf jeden Fall auf, egal ob bei jedem 
Samplevorgang der Samplekondensator auf 0V entladen wurde oder nicht 
(was ich nicht weiß). Wenn nicht, dann hat er vom letzten Kanal noch 
eine andere Spannung.

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