Ist es möglich einen bipolar zu unipolar Konverter zu entwerfen der die folgenden Anforderungen erfüllt? Das ist für einen ADC Eingang an einem Mikrocontroller.
-- Single Supply 3.3V
-- Eingangsspannung -10V bis +10V
-- Ausgangsspannung 0 bis 3.3V, oder 3.3V bis 0V. Es ist egal ob die Schaltung invertiert oder nicht.
-- Es wäre akzeptabel wenn die Ausgangsspannung nicht ganz bis zur Betriebsspannung geht, z.B. 0.3V bis 3.0V wäre auch ok.
-- Für 0V Eingangsspannung soll die Ausgangsspannung in der Mitte bei 1.65V liegen.
So weit ist das alles kein Problem. Aber jetzt kommt die zusätzliche Anforderung die es schwierig macht:
-- Bei offenem Eingang soll die Ausgangssspannung ebenfalls 1.65V sein. Mit anderen Worten: Die Ausgangsspannung soll bei offenem Eingang und bei kurzgeschlossenem Eingang gleich sein.
Mit einem Differenzverstärker (Subtrahierverstärker) kannst du das machen. Mit einem Pulldown am Eingang ist der Pegel am Ausgang 1.65 V bei nicht angeschlossenem Eingang.
Hast du ein Beispiel oder einen Link, oder Seitenangabe in AoE? Auf welchen Eingang soll das +-10V Eingangssignal wirken, invertierend oder nicht-invertierend?
Mit einem Differenzverstärker (Subtrahierverstärker) kannst du das
machen. Mit einem Pulldown am Eingang ist der Pegel am Ausgang 1.65 V
bei nicht angeschlossenem Eingang.
Na dann zeig mir mal einen Differenzverstärker mit +/-10V Eingangsspannung bei unipolarer Speisung. Da gibt es nur sehr wenige Exoten.
-- Single Supply 3.3V
-- Eingangsspannung -10V bis +10V
-- Ausgangsspannung 0 bis 3.3V
...
Die Ausgangsspannung soll bei offenem Eingang und
bei kurzgeschlossenem Eingang gleich sein.
Wenn du keine Forderungen an die Eingangsimpedanz hast, dann machs so wie dort:
Da meine Widerstäne nicht so genau sind erfüllt sie die Bedingung :-)
Wenn du es genauer willst musst du das "+" Potential von 1.4V auf 1.65V
legen.
Nö. Er will ja keinen Unterschied zwischen echten 0V und offenem Eingang sehen. Das geht so einfach nicht, wenn nur eine unipolare Versorgungsspannung hat.
Dann muss er halt den oben erwähnten Pulldown auf GND dranhängen.
Wenn die paar Millivolt Fehler zuviel sind, dann braucht er halt noch einen Bufferverstärker am Eingang.
Es gibt auch Buchsen mit geschaltetem Kontakt, der den Eingang auf GND hängt wenn abgesteckt ist. Mehr fällt mir dazu gerade nicht ein.
Nö. Er will ja keinen Unterschied zwischen echten 0V und offenem Eingang
sehen. Das geht so einfach nicht, wenn nur eine unipolare
Versorgungsspannung hat.
Wahrscheinlich hast du Recht. Ich habe ja auch noch keine Lösung gefunden, obwohl ich schon eine Weile über das Problem nachgedacht habe. Mit bipolarer Versorgung wäre es kein Problem.
Aber falls jemand eine schlaue Idee hat... immer her damit.
So weit ist das alles kein Problem. Aber jetzt kommt die zusätzliche
Anforderung die es schwierig macht:
-- Bei offenem Eingang soll die Ausgangsspannung ebenfalls 1.65V sein.
Mit anderen Worten: Die Ausgangsspannung soll bei offenem Eingang und
bei kurzgeschlossenem Eingang gleich sein.
Hat jemand eine Idee wie man das machen könnte?
Hallo Michael,
was passt denn an einem einfachen Differenzverstärker mit Offset von 1.65V nicht? Der würde doch alle deine Anforderungen erfüllen, nicht? Wenn der Eingang offen ist, strebt der Ausgang gegen 1.65V, weil der positive Eingang über den Offset definiert ist und der Ausgang entsprechend den negativen Eingang nachregelt und damit auch gegen 1.65V strebt. Wenn der Eingang kurzgeschlossen ist spielen die beiden Eingangswiderstände aufgrund des "virtuellen Kurzschlusses" keine Rolle und der Ausgang strebt auch wieder gegen 1.65V.
Wenn der Eingang kurzgeschlossen ist spielen die beiden
Eingangswiderstände aufgrund des "virtuellen Kurzschlusses" keine Rolle
und der Ausgang strebt auch wieder gegen 1.65V.
Habe ich irgendwas übersehen?
Ja. Bei offenem Eingang hat der OPV 1,42V am Ausgang und nicht 1,65V. Denn bei 0V am Eingang fließt ein Strom durch dein Eingangswiderstand des Differenzverstärkers und damit auch durch den Rückkopplungswiderstand.
was passt denn an einem einfachen Differenzverstärker mit Offset von
1.65V nicht? Der würde doch alle deine Anforderungen erfüllen, nicht?
Wenn der Eingang offen ist, strebt der Ausgang gegen 1.65V, weil der
positive Eingang über den Offset definiert ist und der Ausgang
entsprechend den negativen Eingang nachregelt und damit auch gegen 1.65V
strebt. Wenn der Eingang kurzgeschlossen ist spielen die beiden
Eingangswiderstände aufgrund des "virtuellen Kurzschlusses" keine Rolle
und der Ausgang strebt auch wieder gegen 1.65V.
Bitte zeige mal einen Schaltplan oder einen Link dahin, damit wir über die gleiche Schaltung reden. Bist du sicher dass die Ausgangsspannung gleich bleibt bei offenem bzw. kurzgeschlossenem Eingang? Ich meine dass das nicht so ist.
Ja. Bei offenem Eingang hat der OPV 1,42V am Ausgang und nicht 1,65V.
Denn bei 0V am Eingang fließt ein Strom durch dein Eingangswiderstand
des Differenzverstärkers und damit auch durch den
Rückkopplungswiderstand.
Bitte zeige mal einen Schaltplan oder einen Link dahin, damit wir über
die gleiche Schaltung reden. Bist du sicher dass die Ausgangsspannung
gleich bleibt bei offenem bzw. kurzgeschlossenem Eingang? Ich meine dass
das nicht so ist.
Ich denke, ich habe das Problem falsch verstanden. Ich hatte angenommen, dass beide Eingänge des Differenzverstärkers offen wären, aber der negative Eingang liegt ja vermutlich fest auf GND, richtig? Das hatte ich nicht beachtet.
Ist es möglich einen bipolar zu unipolar Konverter zu entwerfen der die
folgenden Anforderungen erfüllt?
Ja, da du nicht verstärktst sondern abschwächst geht es sogar ohne OpAmp, nur mit Widerständen.
So weit ist das alles kein Problem. Aber jetzt kommt die zusätzliche
Anforderung die es schwierig macht:
-- Bei offenem Eingang soll die Ausgangssspannung ebenfalls 1.65V sein
Das geht so einfach nicht mehr.
Ein OpAmp als Eingangsimpedanzwandler mit hochohmigem Widerstand nach 0V geht da nicht da er nur unipolar versorgt sein darf, aber bipolar versorgt sein müsste.
Ein niederohmiger Spannungsteiler der aus +/-10V erst man +/-3.3V macht, dann ein hochohmiger Spanungsteiler von dort nach 3.3V.
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+3.3V
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3
100k
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5
+-- 0..3.3V
6
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7
100k
8
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9
-10..+10V--6k66--+--3k33--GND
Aber ob deine Quelle so eine niederohmige Belastung mag und dein ADC so eine hochohmige Quelle, ist unklar.
Ich denke, ich habe das Problem falsch verstanden. Ich hatte angenommen,
dass beide Eingänge des Differenzverstärkers offen wären, aber der
negative Eingang liegt ja vermutlich fest auf GND, richtig? Das hatte
ich nicht beachtet.
Die Schaltung soll nach aussen hin nur einen Eingang haben, und der ist auf Masse bezogen. Ich hatte das so verstanden, dass am zweiten Eingang des Differenzverstärkers die Spannung liegen müsste, die addiert werden muss damit das Signal in den positiven Bereich verschoben wird.
Dann erzeuge eine negative Versorgungsspannung per Ladungspumpe.
Wenn der Op-Amp eine negative Versorgungsspannung hat, wie verhindert man dann dass der Ausgang negativ werden kann? Weil das würde der ADC Eingang nicht mögen. Serienwiderstand ~1kOhm am OP-Ausgang und eine Diode nach GND? Muss das eine Schottky-Diode sein? Oder kann man darauf vertrauen dass die Schutzdiode am Mikrocontroller-Eingangspin ausreicht?
Dann erzeuge eine negative Versorgungsspannung per Ladungspumpe.
Wenn der Op-Amp eine negative Versorgungsspannung hat, wie verhindert
man dann dass der Ausgang negativ werden kann?
Gar nicht.
Weil das würde der ADC
Eingang nicht mögen.
Logisch. Man nimmt einen 2. OPV, der dann IMMER einen aktiv getriebenen Eingang hat (vom 1.) mit der Standardschaltung mit Offset. Hat auch den Vorteil, daß dann die Invertierung weg ist, aber das ist nebensächlich.
DC, oder AC.
Bei AC macht man einfach vor dem inv. Eingang des Subtrahierers (mit Offset via non-inv. Eingang) einen C (mit entsprechendem Spannungsteiler auf Seite der Signalquelle). Der C sorgt dann DC-mäßig für die Abtrennung der Signalquelle von der DC-Offsetspannung des inv. Eingangs.
Wenn es DC sein soll, macht man eine 1,65V-Mignonzelle stattdessen rein - Problem gelöst ... ;-)
