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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zum Thema Spannungsteiler + Messung am ADC


Autor: Julian R. (julian83)
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Moin!
irgendwie steh ich grad aufm Schlauch. Möchte ein einfaches 
"Batteriemessgerät" bauen, d.h. ich habe 2 Kabel die an + und - einer 
Batterie kommen, und mein µC soll mir auf nem Display die Spannung 
anzeigen - oder zumindest nen Wert aus dem ADC..

Nun nehme ich mir z.B. die Seite 
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-spannungsteiler.htm 
(Spannungsteiler-Rechner 1) vor und gehe von einer Maximalspannung von 
9V (Blockbatterie) aus und nehme für jeden der drei Widerstände von je 
1000 Ohm. Dann komme ich laut dem Rechner auf ne Ausgangsspannung von 
3V.

Die könnte ich ja jetzt in den µC reinjagen und messen.
Jetzt die Frage wo ich aufm Schlauch stehe: bekomme ja auch nach dem 
Teiler + und -. Der ADC benötigt aber doch nur + zum messen? Was mache 
ich mit der Masse? Klemme ich diese einfach zu Masse meiner µC Platine?

Wenn ich den Plan in dem Spannungsteiler-Rechner richtig interpretiere 
kommt dann folgendes dabei raus:


|--------
|       |
|     1000 Ohm
|       |-----------|-------------- Ausgang + (an ADC vom µC)
+       |           |
9V    1000 Ohm   1000 Ohm
Batt.   |           |
-       |           |
|-------|-----------|-------------- Ausgang - (wohin damit :-)?)


Danke!

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Massen müssen miteinander verbunden werden.
Spannungen sind ja nur Potentialdifferenzen zwischen
2 Polen. Erst dadurch, dass du eine Masseverbindung herstellst,
schaffst du ein gemeinsames Bezugspotential.

Autor: Julian R. (julian83)
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klingel
Danke für die schnelle Antwort!
Also dieses "neue" - dann einfach an die Masse der Platine dran und es 
funzt?

Autor: Dirk (Gast)
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Warum wird denn ein belasteter Spannungsteiler genommen? Oder ist der 
Lastwiderstand der Eingangswiderstand vom ADC (nur 1kOhm?)?

Autor: Bastler (Gast)
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nimm lieber nen Festwiederdtand und nen Spindeltrimmer, dann kannst du 
den Spannungsteiler sauber einstellen.

Autor: Dirk (Gast)
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Ja dies "neue" "wohin damit" geht einfach an die gemeinsame Masse. Dann 
funktioniert es. Ich habe mit einem Spannungsteiler (unbelastet) gerade 
ein Ohmmeter gebaut (Ub bekannt und ein Widerstand). Das funzt 
wunderprächtig!

Wenn die max Spannung 9V ist und nicht drüber geht, wäre es natürlich 
sinnvoll den Teiler so zu wählen das bei 9V 5V and den ADC gehen (bei 
VCC als Vref) um die Größtmögliche Auflösung zu erhalten.

Hab übrigens gerade gelesen, das die Analog Input Resistance 100MOhm 
beträgt.

Autor: Julian R. (julian83)
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@Dirk: cool! Im Moment geht die Spannung nicht über 9V, was wäre wenn 
doch? Wollte irgenwdann noch was anderes damit machen, dann hätte ich 
Spannungen bis ca. 12V (von ner KFZ Stromversorgung). Würde das genau so 
klappen? Brauche keine exakten Spannungswerte, sondern muss im Grunde 
nur grob Strom fließt / Storm fließt nicht erkennen..

Ah so, wegen dem belasteten.. Kann ich den rechten der drei Widerstände 
dann weglassen?

Autor: Dirk (Gast)
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(ich benutze die Bezeichnungen wie im Elko beim unbelasteten 
Spannungsteiler ( 
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0201111.htm ))

Zumindest wenn du einen ATMega nutzt musst du deinen Spannungsteiler so 
berechnen das U2 nicht größer wird als Vref des Ad/Wandlers (s. 
ADC-Characteristics S.293 ATMEGA32 Datenblatt --> Vin max = Vref). Ist 
U2 bei deinem max Wert (je nachdem 9 od. 12V) zu klein verlierst du halt 
Auflösung. Aber du kannst das ganze ruhig für 12V dimensionieren, das 
reicht locker (erst recht wenn du es nicht so genau brauchst). Nimm ein 
bisschen Sicherheit dazu (12,5 V oder so - weiß nicht wie viel so eine 
Autobat. max. hat).

Du nimmst dir halt ein paar Widerstände (ruhig über 1k -> weniger 
Stromfluss -> weniger Verlust -> weniger Batteriebelastung) und benutzt 
U2=(U*R2)/(R1+R2) (für U setzt du dann dein max U ein).

Anschließend kannst du dann im µC die Spannung ausrechnen 
(U=(U2*R2+R1*U2)/R2.

U2 ergibt sich bei mir ziemlich gut mit U2=ADValue*0.00489;

Wenn du große Widerstände (~100k +) nehmen willst um den Stromfluss zu 
reduzieren könnte man noch über einen Opamp als Impendanzwandler 
nachdenken.

Autor: Julian R. (julian83)
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@Dirk:
danke für die ausführliche Erklärung.
Wenn ich jetzt R1 = 8000 und R2 = 10000 Ohm Widerstände nehme komme ich 
laut obigem Rechner auf 4,6V Ausgangsspannung (bei 10000 Ohm Widerstand 
des ADC laut Datenblatt).
Das Ganze jetzt bei 12V. Sollte die Batterie dann mal etwas mehr 
liefern, hätte ich ich bei 13V die 5V Maximalspannung..

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Julian R. wrote:
> @Dirk:
> danke für die ausführliche Erklärung.
> Wenn ich jetzt R1 = 8000 und R2 = 10000 Ohm Widerstände nehme komme ich
> laut obigem Rechner auf 4,6V Ausgangsspannung (bei 10000 Ohm Widerstand
> des ADC laut Datenblatt).
> Das Ganze jetzt bei 12V. Sollte die Batterie dann mal etwas mehr
> liefern, hätte ich ich bei 13V die 5V Maximalspannung..

Wobei allerdings über die 8kOhm grade mal 1 mA laufen.
Das sollten die internen Schutzdioden gerade noch abkönnen.

> bei 10000 Ohm Widerstand des ADC laut Datenblatt).

Wo hast du den Wert her?

Autor: Julian R. (julian83)
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Auf Seite 202 in der ATMega8 Doku steht "The ADC is optimized for analog 
signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or less".

Hm also wenn ich jetzt dann von 0,5mA, also 0,0005 A ausgehe komme ich 
auf R1 = 14000 (7V / 0,0005A) und R2 = 10000 (5V / 0,0005A)

Sollte das klappen? Oder hab ich da jetzt was falsch verstanden mit der 
Berechnung?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Julian R. wrote:
> Auf Seite 202 in der ATMega8 Doku steht "The ADC is optimized for analog
> signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or less".
                  ******

Da steht nicht dass die Input Impedanz 10kOhm beträgt.
                        *****

Die ist wesentlich höher.

>
> Hm also wenn ich jetzt dann von 0,5mA, also 0,0005 A ausgehe komme ich
> auf R1 = 14000 (7V / 0,0005A) und R2 = 10000 (5V / 0,0005A)
>

Gesamtwiderstand: 14 + 10 = 24kOhm
Bei 13 V macht das: I = U / R = 13 / 24000 = 0.54 mA
Die Spannung ist dann: 10000 * 0.00054 = 5.4 V

> Sollte das klappen?

Sieht gut aus.

Autor: Julian R. (julian83)
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Hm okay, super.
Sehe gerade, Conrad hat sowieso nur 15k Ohm Widerstände, somit bekomm 
ich nachher 5,2V raus bei 13V Eingangsspannung.
Dann werd ich das so basteln. Danke!

Autor: Dirk (Gast)
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Ich weiß jetzt gerade nicht wo deine 0,5mA her kommen?

aber ich rechne es einfach mal so durch wie ich das machen würde..

Unbelasteter Spannungsteiler (Eingangswiderstand vom ADC ist 
vernachlässigbar (100MOhm) - denke das is beim Mega8 wie beim 32)

10kOhm für R2
13V für U (1V Reserve)
5V für U2

R1=((U-U2)*R2)/U2
R1=16kOhm

Der Stromfluss wäre dann I=U/(R1+R2)=0,5mA

U2 kannst du dann wie oben dier aus dem AD-Wert ziehen.
U bekommst du dann mit U=(U2*R2+R1*U2)/R2 (s.o.)
(R2 und R1 kennst du dann ja, U2 haste gemesen -- FREUDE :D )

Autor: Julian R. (julian83)
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Danke, ihr habt mir sehr geholfen :-)!
16kOhm Widerstände hat Conrad nur Metallschichtwiderstände.. Macht das n 
Unterschied zu den Kohleschichtwiderständen? Oder kann ich die dafür 
auch nehmen?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Metallfilm sind genauer gefertigt als Kohle.

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