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Spannung messenGuten Tag zusammen, ich möchte gerne mit einem Analogen Eingang Spannung messen normal sehr simpel. Ich bin mir nur beim Thema Strom nicht sicher, wenn ich einen Spannungsteiler mache und von 40V Solar Spannung auf 5V heruntergehe wie ist das, den mit dem Strom der dann noch vorhanden ist ca 16A. Würde ich meinen analogen Eingang dadurch zerstören? Da ich nicht wirklich eine passende Antwort auf meine Frage bei Google finde, wollte ich die Community fragen.
16A bei 5V sind 80W, dass können die Gehäuse nicht schnell genug an deinen Kühlkörper abführen. LG, Sebastian
Wie und was hast du den Google denn gefragt?
Stichwort "Ohmsches Gesetz" Oder mit anderen Worten: bei 40V und einem 10k-Widerstand im Spannungsteiler werden sicher nicht mehr als I = U/R = 4mA fließen. Mein Tipp: zeichne einfach mal einen Schaltplan deines Vorhabens, dann wird das oft ganz schnell klar, ob und wie da ein Strom fließen kann. Meiner würde etwa so aussehen:
Und dann sieht man: da fließt nur ein Strom mit 500µA durch die Widerstände.
Nach dem ohmschen Gesetz ergibt sich der Strom durch den Spannungsteiler aus I=U/R. Dabei ist R der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers. Da fließen bestimmt keine 16A - es sei denn, du macht R sehr klein, was aber Unsinn wäre.
Ich danke euch, Ihr habt mir einmal bestätigt, was ich gedacht habe, da ich schon länger nicht mehr so ein Vorhaben geplant habe und etwas vorsichtig bin, wollte ich lieber nichts riskieren und danke dafür. *Grummel, musste 30 min warte bevor ich euch antworten darf.
Das ist schade, es liegt an solchen verpeilten Mitmenschen, die mit ihrer lächerlichen Lebenszeit nichts besseres zu tun haben, als andere zu belästigen.
Noch zu sagen wäre, dass der Widerstand aus der Parallelschaltung der beiden Teilerwiderstände (= der Innenwiderstand der geteilten Quelle) einen bestimmten Wert nicht überschreiten sollte. Der Maximalwert steht im Datenblatt des ADC oder des µC mit AD-Eingang. Bei AVRs ist häufig ein Wert von max. 10k genannt, das erfüllt der Teiler in Lothars Bild, hier sind es 10k||91k = 9k. Zusammen mit dem 100nF-Kondensator sollte man aber nicht öfter messen als (hier) ca. alle 5ms. Grund: der Samplekondensator im ADC entnimmt dem externen C eine geringe Ladungsmenge und die muss wieder nachgeflossen sein bis zu nächsten Messung. Ich habe hier mit 5×τ gerechnet aus 9k und 100nF als erste Näherung.
Dazu muss man aber noch sagen, dass das nur dann zutrifft, wenn der ADC zwischendurch einen anderen Kanal wandelt. In solchen Fällen ist es immer gut, sich mit dem ADC des eingesetzten µC zu befassen. Ich habe mal so einen Testaufbau im Beitrag "Re: Widerstandsberechnung Frage zu Schaltplan / Atmel" beschrieben.
Das ist mit viel Reserve. Denn der Sample-Kondensator hat ca. 15pF und wird den 100nF Kondensator somit bei einem 12 Bit ADC schlimstenfalls um 3 LSB entladen. Und nur diese 3 LSB müssen so weit nachgeladen werden, dass der Fehler kleiner als 1 LSB ist. Danke für eure Empfehlungen. Habe jetzt so überlegt 40V ----------------o
| R1 10k und R2 1,5k Wenn Vout ca 5,22V ist, wäre das ein Strom von I= 3,48 mA ich vermute ,dass sollte dann so klappen. Es muss ja nicht konstant gemessen werden.
Nun, ich bin mir nicht sicher, was beim Wandeln mit der Ladung im Sample-Kondensator passiert. Bleibt die vollständig erhalten oder wird ein Teil davon entladen oder womöglich ganz? Ich hatte das mal simuliert und bin w.c. davon ausgegangen, dass der Sample-C zwischendurch entladen würde, auch weil ich nicht in Erfahrung bringen konnte, was mit der Ladung im Samplekondensator passiert. Und es muss nicht eine anderer Kanal sein, es reicht schon, wenn die neue Messung eine andere Spannung bekommt. Auf jeden Fall ist es eher kein Problem, wenn man nur eine fast konstante Spannung misst.
Aber man muss hier auch sehen, dass wenn zwischen zwei Wandlungen um z.B. 3 LSB entladen wurde, nach der nächsten es auch wieder 3 LSB sind und so weiter. Man muss schon mehrere τ dazwischen abwarten, um möglichst viel wieder nachzuladen. 5 τ gleicht die entnommene Menge zu 99% aus, 3 τ nur zu 95%. Das heißt, es fehlen nach jedem Samplevorgang 1% bzw. 5%! Es muss in der Zeit diese Ladungsmenge wieder zugeführt werden, sonst ergibt sich über mehrere Perioden hinweg ein feste Ablage. Fest, weil der Ladestrom für den externen C ansteigt, je weiter er entladen wurde. Ich gehe natürlich davon aus, dass der externe C über einen Innenwiderstand (z.B. wegen Spannungsteiler) geladen wird. Hat man direkt eine Spannungsquelle mit Ri→0 angeschlossen, spielt das keine Rolle. Meine Simulationsuntersuchungen damals, soweit ich mich noch erinnere, zeigten jedoch, dass eine hohe externe Kapazität dabei eher nachteilig ist. Da zeigte sich die Ablage eher. Besseres Verhalten habe ich mit eher kleine Kapazitäten um 1nF herum beobachtet, vermutlich weil der schneller wieder geladen wird. Es sind natürlich eine Menge Parameter beteiligt. Es sind dies der Kapazitätswert, die Größe des Samplekondesators, die Abtastrate, der Quellwiderstand des Signals und die gewünschte AD-Auflösung. Habe die Simulation von damals gefunden. Man mag damit spielen ... Mit 100p extern ist das C wieder vollständig geladen, mit 100nF ergibt sich eine Ablage von einem halben Prozent (für die gewählten Parameter).
ist nicht simpel wie du gerade merkst
woher weisst du das 5V die Referenzspannung ist, manchmal ist es 1,1V, manchmal 2,56V üblicherweise ist das von µC zu µC verschieden und der ist dein Betriebsgeheimnis, also wird das hier ein Ratethread oder ein Trollbeitrag?
Die Ladung im Samplekondensator geht nicht "verloren":
Richtig, wenn der Kanal nicht umgeschaltet wird, aber eine andere Spannung bekommt, dann sollte ja ein anderes Ergebnis herauskommen. Und das RC-Glied braucht natürlich die von dir angegebenen 5ms, bis es dem neuen Eingangswert zu 99,3% gefolgt ist.
Deine Betrachtungen stimmen grundsätzlich. Allerdings wird, wenn zwischendurch immer 0V gemessen würden, der 100nF Bufferkondensator durch den leeren Samplekondensator mit 15pF bei jedem Samplevorgang um lediglich 15pF/100nF = 0,015% entladen (= 1/6667). Bei einem 12-Bit-Wandler mit 4096 Stufen also weniger als 2/3 LSB (die obigen 3LSB waren eine Fehlkalkulation). Wenn der 100nF-Kondensator einmal mit Uo aufgeladen und dann nicht nachgeladen würde, dann würde die Ladung also pro Wandlung um 0,015% abnehmen. Es gilt also Un+1 = Un - Un*(1/6667) = Un*(1-1/6667) = Un * 0,99985 => nach n Wandlungen bleibt also Un = Uo * 0,99985^n übrig. Nach z.B. 100 Messungen wäre dann die Abweichung durch das fehlende Nachladen bei U100 = Uo * 0,99985^100 = Uo * 0,985 und damit bei 1,5%.
Beitrag #7559585 wurde von einem Moderator gelöscht.
Danke, Lothar M. für die Links. Muss ich mir mal in Ruhe anschauen.
Dann sind wir uns einig, dass bei einer konstanten Spannung kein Fehler auftritt. Nur beim Messen in mehreren Kanälen muss das berücksichtigt werden. Noch ein Nachtrag: Ich habe noch ein Papier gefunden, das war wohl damals mein Ausgangspunkt und ist lange her 😀. https://docs.xilinx.com/v/u/en-US/xapp795-driving-xadc In Tabelle 1 sehe ich für 12 Bit Auflösung eine notwendige Zeitkonstante von 9 τ! Und unter Bild 8 steht: During the ADC conversion process, the CSAMPLE capacitor gets reset. Das entspräche meinem Simulationsansatz. Mir ist auch aufgefallen, dass diese Thema in verschiedenen Applikationsschriften unterschiedlich betrachtet wird. Vermutlich ist auch der 'Programmablauf' in den ADCs unterschiedlich.
Falsch dimensioniert, die Spannung am Analogeingang darf die Betriebsspannung von 5,0 Volt nicht überschreiten. Mit 0,22V drüber wird er nicht kaputt gehen, aber keinen sinnvollen Wert liefern. Nenne den Typ des µC :
Ich sehe auch keinen Grund, so niederohmig sein zu wollen, mit 33k - 4k7 kommt man besser hin und hat weniger Verlustleistung. Bei Deiner Auslegung sind es zwar nur 140mW, aber auch die machen warm und vermeidbare Alterung / Drift der Widerstände. Je nach Typ des µC macht es vermutlich Sinn, anstatt 5 Volt dessen interne Referenz zu nutzen, die ist stabiler. Beim Arduino UNO würde ich die internen 1,1 Volt benutzen:
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