Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LMV324 frage zu 0-5v->0-3.3V


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von Ben K. (bkaiser)


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Hallo,

ich möchte gerne 0-5V zu 0-3.3V wandeln und habe hierzu einen 
Spannungsteiler in Kombination mit einem OpAmp in voltage follower 
Konfiguration (ich glaube in Deutsch heißt es "Impedanzwandler" ^^) 
benutzt (siehe "schematic_lmv324.png" im Anhang). Der Ausgang geht an 
den ADC eines  STM32F401. Der Input ist ein 360 Grad HAL Potentiometer 
das eine Spannung von 0-5V abdeckt.
Es ist das erste mal, dass ich mit einer OpAmp Schaltung spiele, 
entsprechend ist meine Erfahrung hier recht dürftig.

Generell funktioniert die Schaltung, bis mein Input eine Spannung von 
nahezu exakt 4V erreicht. Danach springt der Output direkt von 2.7V auf 
die vollen 3.3V. Heißt: Input 3.99V => 2.69V ... Input 4V => 3.3V

Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe bzw. falsch gemacht 
habe bzw. warum der OpAmp so reagiert?

...im Anhang zusätzlich noch der Datasheet des LMV324.

Danke für jede Hilfe,

Ben

von H. H. (Gast)


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"Common mode input voltage range" beachten!

von Wastl (hartundweichware)


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Ben K. schrieb:
> Danke für jede Hilfe

Mit +5V Versorgung könnte es klappen ....

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Ben K. schrieb:
Ben K. schrieb:
> voltage follower
> ich glaube in Deutsch heißt es "Impedanzwandler" ^^)

Naja, eher heißt es Spannungsfolger. Aber die Impedanz wandelt er auch.

Ben K. schrieb:
> Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe bzw. falsch gemacht
> habe bzw. warum der OpAmp so reagiert?

Common-mode input voltage VICR CMRR ≥ 50 dB V range 1.9 1.7 V

Der Typ ist eingangsseitig kein "rail to rail" - Typ.

mfg

: Bearbeitet durch User
von Ben K. (bkaiser)


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Christian S. schrieb:

> Ben K. schrieb:
>> Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe bzw. falsch gemacht
>> habe bzw. warum der OpAmp so reagiert?
> Common-mode input voltage VICR CMRR ≥ 50 dB V range 1.9 1.7 V
> Das ist halt kein rail to rail - Typ sondern einer "von früher".
Was mich irritiert, denn im Datasheet steht in der Überschrift:

"LMV3xx Low-Voltage Rail-to-Rail Output Operational Amplifiers"

...aber gut... Rail to Rail output... wieder was gelernt...

Mist... kennt jemand eine Alternative mit gleichem Pinout? ...oder kann 
man mit dem Spannungsteiler was tricksen. Das ärgert mich jetzt... :-/

Mit freundlichen Grüßen,

Ben

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Ben K. schrieb:
> Christian S. schrieb:
>
>> Ben K. schrieb:
>>> Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe bzw. falsch gemacht
>>> habe bzw. warum der OpAmp so reagiert?
>> Common-mode input voltage VICR CMRR ≥ 50 dB V range 1.9 1.7 V
>> Das ist halt kein rail to rail - Typ sondern einer "von früher".
> Was mich irritiert, denn im Datasheet steht in der Überschrift:
>
> "LMV3xx Low-Voltage Rail-to-Rail Output Operational Amplifiers"
>
> ...aber gut... Rail to Rail output... wieder was gelernt...
>
> Mist... kennt jemand eine Alternative mit gleichem Pinout? ...oder kann
> man mit dem Spannungsteiler was tricksen. Das ärgert mich jetzt... :-/

Wie bzw. womit wird der Spannungsteiler denn belastet? Evtl. kannst Du 
ihn niederohmiger auslegen und ggf. auf den Spannungsfolger sogar 
verzichten.

MCP6004, Rail to Rail Input/Output. Verträgt max. 6V 
Versorgungsspannung:

https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/MSLD/ProductDocuments/DataSheets/MCP6001-1R-1U-2-4-1-MHz-Low-Power-Op-Amp-DS20001733L.pdf

Brauchst Du denn 4 Opamps?

: Bearbeitet durch User
von Clemens L. (c_l)


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Ben K. schrieb:
> kennt jemand eine Alternative mit gleichem Pinout?

TLV9004. Das Pinout ist Standard, du kannst auch viele andere 4-fach 
Opamps nehmen, wenn du nicht die selben elektrischen Eigenschaften 
benötigst.

> oder kann man mit dem Spannungsteiler was tricksen

Wenn du auf eine niedrigere Spannung herunterteilst, dann brauchst du 
eine Verstärkung mit einem Faktor größer als 1, also zusätzliche 
Widerstände. Und wenn du die Platine eh änderst, dann wäre eine 
Versorgung mit 5 V wahrscheinlich einfacher.

von Ben K. (bkaiser)


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Hey,

Jörg R. schrieb:
> Wie bzw. womit wird der Spannungsteiler denn belastet? Evtl. kannst Du
> ihn niederohmiger auslegen und ggf. auf den Spannungsfolger sogar
> verzichten.

Ich arbeite gerade an einem Controller Board für Motion Rigs (z.B. 
Rennsimulatoren oder Flugsims). An den Controller können 6 Motoren 
Controller angeschlossen werden und eben auch der Eingang für die 
Feedback Loop. Diese wird zumeist (bei der Lösung die ich umsetzen will) 
mit einem Potentiometer umgesetzt. Dies kann ein HAL Potentiometer sein, 
ein klassisches mechanisches, ein linear Potentiometer oder aber eine 
andere Art an Feedback welches mit einem ADC auswertbar ist. Ich wollte 
auf Nummer sicher gehen mit dem Spannungsfolger, weil es einfach so 
viele Möglichkeiten gibt die Feedback Loop zu gestalten und zusätzlich 
noch eine Form an Schutz für den Eingang bieten soll... ich würde mich 
über Feedback freuen, ob dies der richtige Weg ist oder einfach total 
overengineered oder gar Blödsinn. :-D

Danke,

Ben

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Ben K. schrieb:
> Hey,
>
> Jörg R. schrieb:
>> Wie bzw. womit wird der Spannungsteiler denn belastet? Evtl. kannst Du
>> ihn niederohmiger auslegen und ggf. auf den Spannungsfolger sogar
>> verzichten.
>
> Ich arbeite gerade an einem Controller Board für Motion Rigs (z.B.
> Rennsimulatoren oder Flugsims). An den Controller können 6 Motoren
> Controller angeschlossen werden und eben auch der Eingang für die
> Feedback Loop.

Das heißt dass der Eingang für Feedback Loop von Deiner Schaltung 
angesteuert werden soll? Wieviel Strom nimmt der Eingang denn bei 3,3V 
auf?


Ben K. schrieb:
> Ich wollte auf Nummer sicher gehen mit dem Spannungsfolger, weil es
> einfach so viele Möglichkeiten gibt die Feedback Loop zu gestalten
> und zusätzlich noch eine Form an Schutz für den Eingang bieten soll...

Vor was soll der Eingang geschützt werden? Vor zu hoher Spannung?

Wieviel Strom liefert das 0-5V Eingangssignal?

: Bearbeitet durch User
von Ben K. (bkaiser)


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Hey,

Jörg R. schrieb:
> Das heißt dass der Eingang für Feedback Loop von Deiner Schaltung
> angesteuert werden soll? Wieviel Strom nimmt der Eingang denn bei 3,3V
> auf?
Jaein. Generell läuft auf dem PC ein Programm das die Physikdaten der 
Simulationen auswertet und in Befehle für die Motoren umwandelt. Hierbei 
handelt es sich um simple Positionen in denen sich die Motoren befinden 
sollen (z.B. 0-1023). Diese werden via serieller Verbindung an das 
Controller Board übermittelt (mein Board). An das Controller Board sind 
Motorencontroller (z.B. sabertooth, cytron Controller oder die 
Problembehafteten BTS7960 Module aus China) angeschlossen so wie pro 
Motor ein Potentiometer. Mein Controller Board wertet die vom PC 
geschickte neue Position aus und fährt den Motor in die entsprechende 
Richtung um die Position (Zahl 0-1023) zu erreichen. An den Motor ist 
ein Potentiometer angeschlossen, welches über den ADC die aktuelle 
Position des Motors an das Board schickt, wodurch das Board die aktuelle 
Motorenposition weiss und entsprechend den Motor in die richtige 
Richtung bewegen kann und somit eine Feedback Loop bildet.

Sorry, es artet beim erklären manchmal aus bei mir. :-) Im Anhang Mal 
ein Bild von meinem Rig mit einem Motor und angebrachten Potentiometer 
über einen Zahnriemen.

Das Potentiometer ist an dem besagten Eingang angeschlossen an dem der 
OpAmp hängt. Wie gesagt, es kann ein HAL Potentiometer sein, ein 
mechanisches, ein lineares oder etwas ganz anderes (manche hängen noch 
ein weiteres Board dazwischen was die internen Encoder der Motoren 
auswertet). Was genau an dem Eingang ankommt kann man also nicht mit 
100%iger Gewissheit sagen, außer das es eine Spannung zwischen 0-5V ist 
(sofern man sich daran hält ^^).

...und absichern wollte ich es gegen Überspannung bzw. Spannungsspitzen.

In meinem Fall ist das folgende Potentiometer verbaut:

https://techstudio.ch/products/hall-effekt-potentiometer-winkelsensor-auflsung-0088-0-360-grad-drehbarer-hall-winkelsensor-0-5-v-ausgang-vollkreis-12-bit

MfG,

Ben

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


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Ben K. schrieb:
> Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe bzw. falsch gemacht
> habe bzw. warum der OpAmp so reagiert?

Der LM324 hat weder Rail2Rail am Eingang noch am Ausgang. Die 
Besonderheit beim LM324 ist lediglich, dass er recht dicht an seine 
negative Betriebsspannung kommen kann/darf, das ist dann aber auch schon 
all der Zauber gewesen beim LM324. Für deine Schaltung wäre wohl eher 
sowas wie nen AD820 (glaub ich, müsste auch noch mal nachschauen) 
besser.

von Dietrich L. (dietrichl)


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M. K. schrieb:
> Der LM324 hat weder Rail2Rail am Eingang noch am Ausgang.

Ben K. hat aber keinen LM324, sondern einen LMV324. Und der hat einen 
Rail2Rail-Ausgang.
Siehe das Datenblatt, das Ben K. ja extra angehängt hat...

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christian S. schrieb:
> Common-mode input voltage VICR CMRR ≥ 50 dB V range 1.9 1.7 V
Bei 2,7V Versorgung. Also hier bei 3V3 Versorgung bis zu 2,5V.

Ergo müsste man nur dafür sorgen, dass die Eingangsspannung z.B. auf 
0..2,25V geteilt wird, um sie anschließend um den Faktor 3,3V/2,25V 
wieder zu verstärken. Also etwa so:
1
0-5V        0-2,25V               0-3,3V
2
 -----100k----o--------| + \
3
              |        |    >------o----->
4
              |    .---| - /       |
5
              |    |               |
6
              |    o------100k-----'
7
              |    |
8
             82k  220k
9
              |    |
10
             GND  GND

Allerdings würde ich für diese Anwendung "Poti von 0..5V einlesen" ganz 
einfach mit einem üblichen Spannungsteiler und kleinem 10nF-Kondensator 
gänzlich ohne jeden zusätzlichen OPamp-Buffer arbeiten.

Denn vermutlich ist dieses HAL-Poti soweiso schon gepuffert. Und falls 
nicht, dann könnte man mit einem Vorwiderstand für das Poti die maximal 
ausgegebene Spannung auf 3V3 reduzieren. Hier mal exemplarisch für ein 
10k Poti:
1
  5V ---5k1---.  3V3
2
              |
3
             | | Poti 10k
4
             | |<-----------> 0..3V3
5
             |_|
6
              |
7
 0V ----------o-------------

: Bearbeitet durch Moderator
von Michael B. (laberkopp)


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M. K. schrieb:
> Ben K. schrieb:
>> Ich bin mir gerade nicht sicher was ich übersehe
>
> Der LM324 hat weder Rail2Rail am Eingang noch am Ausgang

Ich bin mir sicher, dass du übersiehst, dass Ben einen LMV324 und keinen 
LM324 benutzt.

Dabei hat er sich richtig Mühe gegeben und das Datenblatt verlinkt.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Michael B. schrieb:
> Ich bin mir sicher, dass du übersiehst, dass Ben einen LMV324 und keinen
> LM324 benutzt.
>
> Dabei hat er sich richtig Mühe gegeben und das Datenblatt verlinkt.

Du wiederholst mich fast wörtlich:

Dietrich L. schrieb:
> Ben K. hat aber keinen LM324, sondern einen LMV324. Und der hat einen
> Rail2Rail-Ausgang.
> Siehe das Datenblatt, das Ben K. ja extra angehängt hat...

von Michael B. (laberkopp)


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Dietrich L. schrieb:
> Du wiederholst mich fast wörtlich:

Schlimm.

Du bist wohl der erste Mensch, der nicht zufrieden ist, wenn ihm 
zugestimmt wird.

Du musst ein todunglüchlicher Mensch sein.

von Ben K. (bkaiser)


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Hallo,

erst mal herzlichen Dank für das Feedback, dass hilft mir weiter. Ich 
denke es macht keinen Sinn zu versuchen es mit den LMV324 hinzubekommen, 
also habe ich nun ein paar MCP6004 gekauft und werde es mal damit 
probieren und berichten. :-) Danke trotzdem an Lothar M., dass wird mir 
sicherlich noch nützlich sein.

...im Anhang mal die Platine um die es geht, damit man weiß wovon 
geredet wird. Ist die erste Version, sind mir noch zu viele Teile drauf, 
dass bestücken von Hand dauert ewig. :-D

Danke,

Ben

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Ben K. schrieb:
> werde es mal damit probieren und berichten. :-)
Also wie gesagt: lass den OPamp komplett weg und verwende einfach nur 
einen Spannungsteiler. Vorteil: rauscht weniger und hat keinen Offset.

von M. K. (sylaina)


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Dietrich L. schrieb:
> Ben K. hat aber keinen LM324, sondern einen LMV324. Und der hat einen
> Rail2Rail-Ausgang.
> Siehe das Datenblatt, das Ben K. ja extra angehängt hat...

Das hab ich in der Tat übersehen. ;)

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