Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM D/A - Spannungsregler


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von Wolfram F. (mega-hz)


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hallo,

ich habe eine Schaltung aufgebaut um mit einem PWM Signal vom ATMEGA2560 
eine analoge Spannung von 0-10V zu erzeugen.
Dazu ist ein LM324 mit entsprechenden R/C Gliedern davor vorgesehen.
Das ganze funktioniert sehr gut an meinem Labornetzteil mit 12V.
(LM324 da es 4 Kanäle werden sollen)

Nun habe ich aber das Problem, daß ich später auf der Platine nur +24V 
aus einem Industrienetzteil zur Verfügung habe.

Ich brauche zur Versorgung der OPs +12V.
Da keine großen Lasten angesteuert werden (<5mA / Kanal) dachte ich an 
einen
7812 Spannungregler. Kühlfläche (Masseplane) ist reichlich da.
Nun habe ich aber schon oft gemessen, daß die Ausgangsspannung zwischen 
11.5 und 12.3V varieren können, je nach Typ.

Gibt es Spannungregler die möglichst genau 12V erzeugen?

Kann mir jemand da helfen, das Richtige zu finden? (SMD)

Gruß,
Wolfram.

von GHz N. (ghz-nerd)


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Vielleicht habe ich die Frage nicht ganz verstanden, aber jedenfalls

1) Ein LM324 verträgt bis zu 32V, den kannst du also grundsätzlich auch 
direkt mit den 24V versorgen, die 12V braucht es nicht wirklich.

2) Die Genauigkeit der 0-10V Ausgangsspannung hängt nicht von der 
Versorgunggspannung der Opamps ab, sondern von der Versorgung des Atmega 
(High- und Low- level des Atmega sollten möglichst 0.0V und 5.0V sein) 
sowie der Präzision der Widerstände im Rückkopplungsnetzwerk des Opamps.

Folglich muss wennschon die 5V Versorgung des Atmegas möglichst ganau 
sein. Bei den Widerständen kannst du entweder Präzisionsteile nehmen 
oder aber manuell nachmessen und passende Pärchen bilden.

von Falk B. (falk)


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Wolfram F. schrieb:
> Ich brauche zur Versorgung der OPs +12V.

Nein. Der LM324 verträgt die 24V direkt, also einfach anklemmen.

> Da keine großen Lasten angesteuert werden (<5mA / Kanal) dachte ich an
> einen
> 7812 Spannungregler. Kühlfläche (Masseplane) ist reichlich da.

Kann man machen, dann wird halt das bisschen Verlustleistung nicht im 
OPV sondern im Linearregler verheizt. Lohnt sich das? Mal rechnen? Bei 
5mA*4Kanäle werden bei 10V am Ausgang
1
P = U * I = (24V-10V)*4*5mA=280mW

im OPV verheizt. Naja, geht so, das schafft er gerade noch so. Man kann 
hier auch einfach eine 12V/0,5W Z-Dioden in Reihe zur Versorgung des 
OPVs schalten, damit werden konstant ca. 12V dort verheizt. Einfacher 
und billiger geht es kaum.

> Nun habe ich aber schon oft gemessen, daß die Ausgangsspannung zwischen
> 11.5 und 12.3V varieren können, je nach Typ.

Normal.

> Gibt es Spannungregler die möglichst genau 12V erzeugen?

Brauchst du nicht. Die Versorgungsspannung hat beim OPV nahezu keinen 
Einfluß auf die Ausgangsspannung. Ob das 12, 13 oder 14,567V anliegen 
ist egal. Selbst wenn die leicht verrauscht sein sollte, wird das 
meistens noch ganz gut gedämpft und schlägt sich nur sehr schwach im 
Ausgangssignal nieder.

von Uwe (Gast)


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Fall du im Fehlerfall (µC) den LM324 davon abhalten willst 24V 
auszugeben kannst du auch eine Z-Diode am Ausgang vorsehen.

von Falk B. (falk)


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Uwe schrieb:
> Fall du im Fehlerfall (µC) den LM324 davon abhalten willst 24V
> auszugeben kannst du auch eine Z-Diode am Ausgang vorsehen.

Unsinn. Aus dem Mikrocontroller kommen maximal 5V raus. Wenn der OPV x2 
verstärkt, kann gar nicht mehr als 10V rauskommen. Und selbst wenn man 
noch ein wenig Reserve für die Kalibrierung einplant und die Verstärkung 
auf 2,2 setzt, sind das maximal 11V. Die bringen niemanden um, auch 
keine 10V Steuereingänge.

Wenn der OPV WIRKLICH zur Ausgabe von mehr als 10V getrieben wird und am 
Ausgang eine 10V Z-Diode hängt, geht der OPV in den Kurzschluß und wird 
sehr heiß, ggf. kaputt.

von Wolfram F. (mega-hz)


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Achso, ja auf die Idee bin ich gar nicht gekommen den OP direkt an +24V 
zu hängen :-) OK.
Die Widerstände sind jetzt mit 10K0 0.1% (R1) sowie 12K0 0.1% (R2) 
dimensioniert.
(R2 12K0 als Rückkopplungs R)
Das würde dann eine Spannung von 0-20V ergeben, richtig?
Demnach müsste entweder R2 auf 6K oder R1 auf 20K verändert werden
um 0-10V zu erreichen?
EDIT: Quatsch, das Verhältnis bleibt ja gleich.... 10K + 12K Richtig.

Uwe schrieb:
> Fall du im Fehlerfall (µC) den LM324 davon abhalten willst 24V
> auszugeben kannst du auch eine Z-Diode am Ausgang vorsehen.
Das wäre ein weiterer Punkt:
Es muss verhindert werden, daß beim Einschalten (alle µC IOs auf HI)
an den analogen Ausgängen schon eine Spannung anliegt. Die müssen 0V
haben!
Hatte mittels MOSFET und R/C versucht, die Versorgungsspannung der OPs
langsam hochzufahren, dies hat aber dazu geführt, daß die OPs in einem
bestimmten Bereich anfingen heftig zu schwingen. Das war Mist.
Was würdet Ihr dafür nehmen, NE555 OneShot Timer der dann den MOSFET 
nach agelaufener Zeit einschaltet und die Versorgung der OPs herstellt?

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Wolfram F. schrieb:
> Die Widerstände sind jetzt mit 10K0 0.1% (R1) sowie 12K0 0.1% (R2)
> dimensioniert.

Nett, aber vermutlich eher sinnlos. Denn du mußt die GESAMTE Signalkette 
betrachten und am Ende kalibrieren. Entweder old School mit einem Poti 
oder digital. Dann braucht man aber keine 0,1% Widerstände, auch wenn 
die heute wenig kosten. Es ist vor allem Selbstbetrug zu glauben, daß 
die 0,1% Widerstände die Genauigkeit der gesamten Schaltung garantieren.

> Das würde dann eine Spannung von 0-20V ergeben, richtig?

Wieso? Dein AVR kann maximal 5V ausgeben, deine Verstärkung ist 
12k/10k+1=2,2, d.h. Umax=5*2,2*11V

> Es muss verhindert werden, daß beim Einschalten (alle µC IOs auf HI)
> an den analogen Ausgängen schon eine Spannung anliegt. Die müssen 0V
> haben!

Das schafft ein Pull-Down Widerstand am IO-Pin das AVRs. 10k reichen. 
Die müssen auch keine 0,1% haben ;-)

von Wolfram F. (mega-hz)


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Falk B. schrieb:
> Wolfram F. schrieb:
>> Die Widerstände sind jetzt mit 10K0 0.1% (R1) sowie 12K0 0.1% (R2)
>> dimensioniert.
>
> Nett, aber vermutlich eher sinnlos. Denn du mußt die GESAMTE Signalkette
> betrachten und am Ende kalibrieren. Entweder old School mit einem Poti
> oder digital. Dann braucht man aber keine 0,1% Widerstände, auch wenn
> die heute wenig kosten. Es ist vor allem Selbstbetrug zu glauben, daß
> die 0,1% Widerstände die Genauigkeit der gesamten Schaltung garantieren.
>
>> Das würde dann eine Spannung von 0-20V ergeben, richtig?
Hatte ich bereits korregiert...

> Wieso? Dein AVR kann maximal 5V ausgeben, deine Verstärkung ist
> 12k/10k+1=2,2, d.h. Umax=5*2,2*11V
>
>> Es muss verhindert werden, daß beim Einschalten (alle µC IOs auf HI)
>> an den analogen Ausgängen schon eine Spannung anliegt. Die müssen 0V
>> haben!
>
> Das schafft ein Pull-Down Widerstand am IO-Pin das AVRs. 10k reichen.
> Die müssen auch keine 0,1% haben ;-)
meinst Du wirklich das reicht?

von HildeK (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Es muss verhindert werden, daß beim Einschalten (alle µC IOs auf HI)
> an den analogen Ausgängen schon eine Spannung anliegt.

Üblicherweise sind die µC-Ausgänge beim Einschalten (während Reset) 
nicht auf HIGH sondern auf HIGH-Z. Und dann reicht ein PullDown mit 10k.
Wenn du die Ausgänge allerdings fehlerhaft programmierst, dann nützt der 
Widerstand nichts.

von Falk B. (falk)


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Wolfram F. schrieb:
>> Das schafft ein Pull-Down Widerstand am IO-Pin das AVRs. 10k reichen.
>> Die müssen auch keine 0,1% haben ;-)
> meinst Du wirklich das reicht?

Ja, das meine ich.

von Wolfram F. (mega-hz)


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OK Prima!
Dann sollte ja nun alles klappen!

Ich bedanke mich für Eure Hilfe!

Schönen Tag noch und bleibt gesund!

Wolfram.

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