Halli, Hallo. Ich habe ein kleines Problem mit einer sogenannten "Differenzverstärkerschaltung". Also, ich habe einen funktionierenden G-Kraft Messer, der zwischen -2 und 2G Beschleunigungen misst und bei -2G 1,86V und bei +2G 3,14V ausspuckt (U2 - siehe Zeichnung). Da mein Mikrocontroller, der das verarbeiten soll allerdings A/D-Wandler-Eingänge hat, die zwischen 0 und 2,5 Volt messen, muss diese Spannung irgendwie "umtransferiert" werden. Ich dachte mit ich nehme eine Differenzverstärkerschaltung, die zwei Spannungen gewissermaßen voneinander subtrahiert und nach belieben auch noch verstärkt, sodass UA (siehe Zeichnung) nachher genau bei -2G 0V und bei +2G 2,5V beträgt. Da ich zum Bilden der Differenz ja erstmal die 1,86V "abziehen" muss, soll der linke Teil der Skizze 1,86V in der Mitte haben - sollte ungefähr passen. Bei einer Differenzverstärkerschaltung bildet R4 geteilt durch R3 angeblich den Faktor der Verstärkung. Bei mir also 1.94 da der Spannungshub des G-Kraftmessers maximal 1,28V beträgt (3,14V - 1,86V) und später 2,5V betragen soll. Jetzt meine Frage: Geht das so wie ich es vorhabe? Ich habe zwar schon Spannungsteiler (links) und Differenzverstärkerschaltungen ein wenig verwendet, bin aber noch blutiger Anfänger und frage mich daher, ob die 1,86V links überhaupt stabil bleiben, da R2 ja ansich mit dem oberen R3 und dem oberen R4 irgendwie parallelgeschaltet sind und der G-Kraftmesserausgang ja auch irgendwie vieleicht durch die unteren R3 und R4 beeinflusst wird. Muss ich R1 und R2 vieleicht anders dimensionieren, oder R3 und R4? Das Verhältnis zwischen R1+R2 und das zwischen R3+R4 ist denke ich richtig, aber wie sieht es mit den absoluten Werten aus? Wäre sehr dankbar, wenn mir jemand helfen könnte.
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Hallo Markus, darf man mal fragen, was das für ein Sensor ist (Hersteller, Typ) ??
tjo ;) vom prinzip her 0 prob nur..... 1. das spannungsprob was du angesprochen hast + temeraturabhängigkeiten 2. nichtlinearitäten des OPs 3. aufwendig ;) mein vorschlag... mit einem spannungsteiler einfach alles halbieren ;) dann wird aus 1,86V 0,93V und aus 3,14V 1,57V alles messbar... nur brauchst du dann einen recht genauen ADC... andere möglichkeit ein anderer ADC kommt her... wenn dus doch mit OPs aufbaun willst und das schön linear und stabil sein soll... nimm z.b von TexasInstruments etwas das dem INA155 ähnelt nur von 1-... verstärken kann... der INA155 kann 10-50... das sind übrigens komplette ics die du dafür verwenden kannst... geht suppi und scheiss genau 73 de oe6jwf
@Volker: Es handelt sich bei dem G-Kraft-Sensor um einen AnalogDevices ADXL202AE. @hans: Also wahnsinnig genau muss das ganze nicht sein. Mein Mikrocontroller ist ein C-Control, der leider nur A/D-Wandler hat, die zwischen 0 und 2,5 Volt messen und das auch nur mit 8bit. zu1+2: ist das "spannungsprob, das temeraturabhängigkeitsprob und das nichtlinearitäten-des-OPs-Prob" ein grosses Problem oder kann ich es bei nicht allzugenauer Messung außer betracht lassen? zu3: Ein IC dafür wäre natürlich toll, aber kann das ding denn die 1,86 bis 3,14 Volt auf 0 bis 2,5 Volt bringen?
Hallo Markus, hab gerade festgestellt, das du den gleichen Sensor nutzt wie ich. Der Sensor gibt dir ein PWM-Signal raus, was du ganz einfach mittels eines Zählers auswerten kannst. Also nicht das Filtersignal per A/D messen. Dies hat zudem noch den Vorteil, das das PWM-Signal lange nicht so störanfällig ist wie ein Analogsignal. Die Auswertung ist im prinzip ganz einfach. Du startes zwei Counter bei der steigenden Flanke des PWM-Signales. Bei der fallenden Flanke wird der erste wider angehlten. Der zweite wird erst bei der nächsten steigenden Flanke wider gestoppt. Wenn du nun die zwei Zählerstände durcheinander Dividierst (Zähler1/Zähler2) hast du einen wert zwischen null und eins. Davon ziehst du nun die Zahl 0,5 ab und schon hast du einen Wert zwischen -0,5 und 0,5 was, wenn du ihn wider mit 4 multipliziest einem wert zwischen -2 und 2 entspricht. Volla, dein G-Wert ist da. Und vor allem völlig Temperaturstabil ! MfG Volker Wunsch P.S. Bei weiteren Fragen einfach mal ne E-Mail.
Hallo, unter bestimmten Umständen kann es ganz sinnvoll sein den Analogausgang zu nutzen (man kann beispielsweise sörende Vibrationen analog wegfiltern) - hier im Forum gibt es dazu bereits einen Thread wo auch einen für dich passende Schaltung vorgestellt wird (diese verstärkt alllerdings bis fast 5 Volt glaub ich aber du kannst ja noch einen Spannungsteiler reinbaun) Vielleicht kannst du die Schaltung auch einfach etwas ändern oder sonstwas - such einfach mal nach ADXL202 im Forum !! Viel Erfolg!! Christian PS:Wo willst du den sensorn denn einsetzen???
@Volker: 2 Timer sind wohl ein bisschen Verschwendung, einer langt doch.
@Volker: Wende mich mal heir öffentlich und nicht per Mail an dich, weil's evtl noch andere interessiert. Ich habe mich ansich für die analoge Variante entschieden, weil mein CControl 8 Analoge Eingänge hat und die bisher alle super funktionierten und ich mit PWM und dem Zeugs keinerlei Erfahrungen habe. Das Ergebnis muss auch nicht 100% genau sein, es wird voraussichtlich nur in einem Graphen ausgegeben. Ist es überhaupt möglich den PWM-Port direkt an die CControl (meines Wissens hat das Ding kein Interrupt) anzuschließen? @Christian: Du meintest bestimmt diesen Thread: http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-43658.html Habe es mir angesehen, blicke allerdings in diesem riesigen Schaltungsblatt nicht durch. Ich will den Sensor in meinem Auto einsetzen um die Querbeschleunigung und Frontalbeschleunigung zu messen. Du diesem Zwecke habe ich eine C-Control die auch schon Temperatur (Innen/Aussen/Motor) einliest und checkt ob die Türen offen oder zu sind :-) Daher wäre mir eine Analoge Lösung auch lieber, da an der C-Control noch 5 8bit A/D-Wandler frei wären, die aber halt nur zwischen 0 und 2,5 Volt messen. Die Schaltung oben aus dem Bild ist ansich kein Problem, die habe ich schon fertig gebaut, ich wollte aber zuerst wissen, ob sie auch funktionieren könnte, bevor ich evtl. meine ADXL202's draufgehen lasse, nicht grade billig die Dinger. Könnte es also so, wie in meiner .gif gezeichnet funktionieren?
@Johannes: Lasse mich gerne eins besseren belehren. Kannst du mir bitte mal einen Tipp geben, wie du es mit einem Zähler machen würdest ? MfG Volker
hmmm 8bit... tjo da würd ich das mit sonem ic wie ich dir da geraten hab machen... oder mit deiner op schaltung... das billigere mach ;) wobei meine variante übrigens rail to rail ist... - eingang auf deinen spannungsteiler , + auf deinen sensor (vom verstärker gesehen) und dann sollt der schon das ausspucken was du haben willst... pwm is insofern gut da es scheiss genau ist und vorallem total easy zu realisieren ist... z.b warten bist ein high kommst... timer starten...wenn low wird timer stoppen und schaun wie weit er gekommen ist... das gleiche machst mit low und rechnest einfach um... wenn ich nicht komplett falsch bin solltest du von 0,3-0,6 rausbekommen für den dutycycle... (hängt ab wie man das definiert... in meinem fall tH/T) wobei tH das der zählerwert vom high und T ist tH+tL(zählerstand vom low) damit sollts doch eigentlich schon hinhaun... genauere werte solltn eigentlich im datnblatt drinnen stehn... 73 de OE6JWF / hans
Hi, hier ist eine ausführliche Appnote dazu: www.microchip.com/download/appnote/pic16/00715a.pdf
Danke euch erstmal. Was bedeutet "rail to rail" denn? Das mit "- eingang auf deinen spannungsteiler , + auf deinen sensor..." hab ich nicht verstanden. Ist das denn nicht das, was ich mache? Die Sache mit PWM ist sicher richtig - dass es sehr genau ist. Soweit ich weiss ist auch der DutyCycle zwischen 0,25 und 0,75 (1=komplettes High+Low). Mein Problem ist, dass ich nicht weiss, wie man das PWM-Signal auswertet? Klinke ich es an einen DigitalPort des Mikrocontrollers und realisiere den Timer softwareseitig oder gibt es sowas auch als IC-Baustein und wenn softwareseitig, ist mein CControlI dafür überhaupt schnell genug?
Hallo Markus Wahrscheinlich hat es einen Grund daß Du bei deinem C-Control ADC nicht mit 5 Volt als Referenzspannung arbeitest. Dann könntest Du den Beschleunigungsmesser und die zur Filterung erforderlichen Operationsverstärker an die gleichen 5 Volt anhängen. (hab ich immer so gemacht, geht prima) und alle Probleme mit Nullpunkt wären gelöst. Laß Dir nicht einreden daß Operationsverstärker unlinear sind. In einer 8 bit ADC Schaltung ist nicht der Operationsverstärker das Problem sondern der ADC der nur ca 20mV-lsb hat. Als Operationsverstärker könntest Du den LMC6482 nehmen. Du mußt Deine Schaltung aber viel hochohmiger machen(siehe Seite 10 des Datenblattes). Versuch mal eine nicht invertierende Anordnung des Operationsverstärker. Das gibt eine sehr hohen Eingangswiderstand. Geh dabei auf den Plus-Eingang mit einem RC glied aus 1 Meg-Ohm und dem für deinen Frequenzbereich geeigneten Kondensator (15nF für 10 Hz) Mit einem zweiten Operationsverstärker machst Du Dir eine künstliche Mitte der 5 Volt Versorgung die Du als Bezug verwendest (2,5 Volt). Gruß Michael
Danke Michael für die Tipps. Von deiner Versuchsanordnung habe ich leider nicht allzuviel verstanden. Könntest du evtl eine Skizze bzw einen Schaltplan davon erstellen? Ich habe die ADCs mit 2,5V Referenzspannung laufen, da ich alle OpVs mit 5V betreibe und die ja nicht bis 5V verstärken können. Daher die 2,5V.
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Hallo Markus Hat ein bischen gedauert da ich noch den heutigen Bericht von der Dakar Rallye sehen wollte. Die Verstärkung Beispiel Kanal 2=(1+(R8/R9))sollte so angepaßt werden daß der ADC-Bereich von 5 Volt fast ganz genutzt wird. Der LMC6482 ist etwas besser geeignet als der gezeichnete LPC662. Beide gehe bis auf einige mV an die Speisespannung und habel die gleichen pins Gruß Michael
Danke dir für die Mühe. Ich bin aber irgendwie zu dämlich das Schaltbild zu verstehen. 1. Was sind diese vier Pfeilartigen Dinger mit dem schwarzen Balken drin (stehen 2 links, 2 ganz rechts)? 2. Oben links muss ich doch 5V und Masse anschließen, oder? 3. Was bewirkt die Schaltung ganz oben-mitte genau? Die mit C3, dem OpV und R4? 4. Was bedeutet der einzelne OpV ganz links im Bild? 5. In welchem zusammenhang stehen die 3 Teile der Schaltung (die 3 OpVs denke ich)? Stellt der obere eine 2,5V Spannug zur Verfügung? Was tun die unteren beiden Teile? Tschuldigung für all die Fragen, bin wie gesagt noch Anfänger.
Hallo Markus Zu 1)Die Pfeilartigen Dinger sind links die Eingaenge und rechts die Ausgaenge Zu 2) Richtig, und den Operationsverstaerker auch an 5 V und Masse. zu 3) der Widerstand von 200 Ohm und der Kondensator von 100 pF schützen den OP vor dem Schwingen. Der Teil der Schaltung halbiert die Versorgungsspannung und sorgt so für die Symmetrische Versorgung die viele OP-Schaltungen brauchen. zu 4) Das sind die Versorgungsanschlüsse der OPs und der übrig gebliebene vierte OP da immer 2 in einem Gehäuse sind. zu 5) die beiden unteren OPs mit ihren Beschaltungen wirken als sehr hochohmige Verstärker mit 10 Hz Tiefpaßverhalten und haben derzeit eine Verstärkung von 2 bezogen auf die halbe Versorgungsspannung. (verdoppeln das Signal Deines Beschleunigungsmessers) Gruß Michael
Das ist ja super. Wenn ich es richtig verstanden habe also genau das, was ich wollte. Trotzdem noch ein paar Fragen: 1) Es sind 2 Ein- und Ausgänge, weil ich auch ein X und ein Y-Signal habe, richtig? 2) Welche Seite des OpVs ist die invertierende, welche die nicht invertierende? Die mit dem langen oder die mit dem kurzen Balken? 3) Wie herum sind die Kondesatoren C1,C2+C3 gepolt bzw sind sie überhaupt gepolt? 4) Was bedeutet "10 Hz Tiefpaßverhalten" und woran erkenne ich die Verstärkung von 2? Wie kann ich sie verändern? Mit R8 bzw R2???
Habe heute einiges bemerkt (wer lesen kann ist klar im Vorteil...) und daher erübrigen sich Frage 1 und der 2.Teil von Frage 4. Bleiben noch folgende Fragen: 1) Welche Seite des OpVs ist die invertierende, welche die nicht invertierende? Die mit dem langen oder die mit dem kurzen Balken? 2) Wie herum sind die Kondesatoren C1,C2+C3 gepolt bzw sind sie überhaupt gepolt? 3) Was bedeutet "10 Hz Tiefpaßverhalten"? 4) Warum erzeugt deine Schaltung aus der Skizze oben 2,5V. Ansich würden doch 1,86V gebraucht, da ich die doch von der vom G-Kraftmesser gemessenen Spannung abziehen will, oder? (1,86V kleinste gelieferte Spannung) 5) Warum hat der untere Eingang deiner Differenzverstärkerschaltung eigentlich nur einen 1MegR und einen Kondensator (wohl zur Stabilisierung) und nicht wie in meinem Differenzverstärkerschaltung einen Widerstand, der so groß ist wie R8 in deinem Beispiel und einen wie R9, der auf Masse geht? Ist meine falsch? oder deine? oder dienen die Schaltungen einem ganz anderen Zweck?
Hallo Markus Zu 1) Der invertierende Eingang ist immer mit - bezeichnet. Der nicht invertierende entsprechend mit + Zu 2) Du könntest auch gepolte Kondensatoren für C1 und C2 nehmen aber bei 15 nF macht das keinen Sinn die sind sowieso winzig. Zu 3) Das bedeutet daß ein Sinusförmiges Eingangssignal bei 10 Hz um 3 dB gedämpft wird. Höhere Frequenzen entsprechend noch mehr. Du brauchst ein Filter da Dein A/D Wandler sonst auch noch das Rauschen des Beschleunigungssensors abtastet und Du stark verrauchte Ergebnisse erhältst (google mal unter antialising oder antialiasing). Zu 4) Ich gehe davon aus das Du den Sensor mit 5 Volt versorgst und dann gibt er 2,5 Volt bei 0g herraus Zu 5) Es ist keine übliche Differenzverstärkerschaltung weil Du keine brauchst. Auf Seite 10 des Datenblattes steht daß "offset und sensitivity ratiometric" sind . Das bedeutet daß Dein Sensor bei Null g immer die halbe Versorgungsspannung hat wie die mit dem oberen OP erzeugte Bezugsspannung.
Hallo Michael, Zu 1) In deiner Beschl.jpg habe ich das Problem, dass ich kein + und minus erkennen kann. Ist wie glaube ich üblich der obere Eingang - und der untere +? Zu 2) okay Zu 3) Super, dass du's mit eingebaut hast, wäre ich nie drauf gekommen. Zu 4+5) ist richtig, dass der Sensor bei 0G die halbe Versorgungsspannung ausgibt, aber mein Ziel ist es, mit meinem AD-Wandler (0V-2,5V) den kompletten G-Kraft-Bereich von -2G(1,86V) bis +2G(3,14V) einzulesen. Der Mikrocontroller soll also bei -2G 0V und bei +2G 2,5V bekommen. Daher muss ich - wenn ich das richtig verstanden habe - von den 1,86-3,14V, die der Sensor ausgibt erstmal 1,86V abziehen (ich dachte mir per Differenzverstärker) und dann nachher mit ca.1,9 mulitplizieren, damit die Differenz zwischen 1,86V bis 3,14V = 1,28V auf 2,5V erhöht wird (Faktor 1,9). ist das so in ordnung oder habe ich da irgendwo einen Denkfehler?
Hallo Markus Warum willst Du die Referenz deines ADC auf 2,5 Volt setzen? der CC-Basic von Conrad funktioniert bestens mit 5V am ADC Dein Sensor gibt offenbar nach Datenblatt 312mV/g herraus. Falls Du den Vollen ADC-Bereich nutzt fuer +/- 2g hast Du +/- 624mV Signal aus dem Sensor und hättest gern +/- 2,5 Volt Ausgangshub. Das ergibt eine Verstärkung von 4 Mit R2=R8=30k und R3=R9=10k hast du genau diese Verstaerkung (1+(30/10)) Dein Meßbereich ist -2...+2 g, und an den beiden Verstärkern erhältst jeweils 0...5 Volt. Bei 0g hat der Verstärker +2,5 Volt. Gruß Michael
Ich habe die Referent meines ADCs auf 2,5V gesetzt, da ich noch weitere Sensoren mit der CControl einlese (Temperatur), und diese genau eine Spannung von 0 bis 2,5V liefern und es daher das einfachste war. Das lässt sich im Nachhinein auch nur schwer ändern. Um mein Problem besser zu beschreiben werde ich mal eine Tabelle erstellen mit 1) momentan wirkenden G-Kräften, 2) daraus resultierender Spannung vom G-Kraftmesser und 3) gewünschte Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung, die dann an den CControlADC kommen: |..........|..........|..........| | G-Kraft | ADXL | nach OpV | |..........|..........|..........| | -2 G | 1,86 V | 0,00 V | | -1 G | 2,18 V | 0,62 V | | 0 G | 2,50 V | 1,25 V | | +1 G | 2,82 V | 1,87 V | | +2 G | 3,14 V | 2,50 V | |..........|..........|..........| So wie ich das sehe (korrigiert mich, wenn ich falsch liege), muss also zuerst 1,86V zum ADXL-Signal abgezogen werden (der ADXL würde also noch 0V bis 1,28V liefern) und diese Spannug dann mit Faktor 1,9 verstärken, um dann letzendlich bei -2G 0Volt zu haben und bei +2G 2,5V. Wie ist das machbar?
Hi! Wie wäre ein Spannungsteiler. 5V->2,5V /2,5V->1,25V...... MFG Uwe
also du nimmst einfach einen op und die schaltung die du gaanz oben mal gepostet hast her und rechnest dir das so aus wies sein muss... der op sollte rail to rail sein damit du von 0V weg arbeiten kannst... die meisten ops können das nicht also schau das du so einen bekommst..gibts eh massenhaft... gibt zwar noch tricks das anders hinzubiegn aber rail to rail op und passt schon das sollte dann eigentlich alles so hinhaun wie du willst... 73 de oe6jwf /hans
Hallo Markus Wie Uwe schon schreibt kannst Du das Problem lösen indem Du die Ausgänge de OPs in meiner Schaltung mit einem Spannungsteiler (2 Mal 10k) halbierst. Gruß Michael
Der Vorteil an einer veränderung meiner Schaltung, wie Hans er vorschlug wäre, dass dieser schon hier fertig ist und es einfach wäre sie nur ein wenig zu ändern. Was bedeutet rail-to-rail denn genau und kann mir irgendwer einen geeigneten IC empfehlen?
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