differentielles Messen einer Spule

Natürlich, hier ist der Schaltplan wie ich ihn in EAGLE erstellt hatte.

Um das ganze nochmal zu präzisieren: Ich messe bei dem ADC eine Wechselspannung von lediglich ~10 mV. Ich habe hier noch Bild von dem Signal nach dem Spannungsteiler also vor den Widerständen R8 und R9 laut Schaltplan. Es ist schon sehr merkwürdig und mich wundert nicht, dass am ADC dann kein vernünftiges Signal ankommt. Ich kann mir nur vorstellen, dass durch den GND der Spannungsteiler die Signale der Spule irgendwie miteinander verbunden werden und deshalb nichts ordentliches am Differenzverstärker ankommt. Aber ich kann zwecks mangelnder Erfahrung nicht genau festmachen warum es so sein sollte.

Andererseits kann ich mir auch vorstellen, dass es daran liegt, dass die Spannungsteiler belastet sind und ich noch jeweils einen Impedanzwandler nach den Spannungsteiler schalten könnte. Aber ich weiß nicht, ob das Problem vielleicht doch schon bei den Spannungsteilern selbst auftritt.

Sind Ground deiner AC Quelle und deiner Messschaltung verbunden?

Nein. Der GND der AC Quelle für die Primärspule ist nicht mit meiner Schaltung verbunden. Die Primärspule und Sekundärspule sind auch vollkommen galvanisch getrennt. In der LTSpice Simulation hatte ich das nur so angegeben um eine Spule simulieren zu können. Ich hatte mit einem Oszi die Sekundärspule zuerst gemessen und dann die Simulation so eingestellt, dass an der Sekundärspule das reale Signal simuliert werden kann. Für den GND nutze ich den - pol meiner Versorgungsspannung. Undzwar mit diesem Netzteil: https://www.conrad.de/de/p/hn-power-hnp06-uni-steckernetzteil-einstellbar-3-v-4-5-v-5-v-6-v-7-5-v-9-v-12-v-0-6-a-7-2-w-2161762.html?hk=SEM&WT.mc_id=google_pla&hk=SEM&utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=DE+-+PMAX+-+NonBrand+-+HighSeller&utm_id=21937516534&gad_source=1&gad_campaignid=21927121650&gbraid=0AAAAAD1-3H6M3GxoCWxeZY7GaGH9hAuLH&gclid=EAIaIQobChMI7KqH9uCJjgMVToX9BR1nhC1HEAQYAiABEgJAAPD_BwE

So ist das auf jeden Fall Murks. Die EIngangswiderstände des Diffenzierers sind im gleichen Größenbereich wie dein Spannungsteiler. Schau dir mal den Instrumenten- oder Instrumentationsverstärker an. https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffamp.htm

Ansonsten ist der Schaltplan ohne den Teil den du misst unvollständig. Und dass man die einzelnen Widerstandswerte zusammen suchen muss ist ... mühsam.

Tut mir leid, mein Fehler ich hätte vielleicht einfach die PNG der LTSpice Schaltung senden sollen, statt den EAGLE Schaltplan. Aber genau das ist ja meine Frage, ob durch Impedanzwandler nach den Spannungsteilern das Problem vielleicht schon gelöst sein könnte, oder ob die Spannungsteiler selbst das Problem sind.

In Laborversuch.jpg hatte ich noch einen anderen Aufbau mit einem Labornetzteil getestet. Hier funktioniert die Schaltung exakt so wie erwartet und wie in LTSpice simuliert.

Mit der Sekundärspule kommt aber wirklich nur murks raus.

Viktor schrieb:

Tut mir leid, mein Fehler ich hätte vielleicht einfach die PNG der LTSpice Schaltung senden sollen

Besser wäre zusätzlich der tatsächliche Aufbau. Denn in deiner Simulation sind die Potentiale klar, alles ist auf Ground bezogen.

Im eigentlichen Aufbau ist ein Transformator vorhanden. Zum Testen der Platine habe ich jedoch zunächst einen anderen Aufbau verwendet. Mit dem Laborversuch funktioniert die Schaltung wie in der Simulation, mit dem Transformator hingegen nicht.

Meine Überlegung beim Einsatz des Spannungsteilers und des Verstärkers war folgende: Der verwendete Operationsverstärker kann maximal eine Ausgangsspannung von etwa 10 V AC liefern. Diese Spannung erwarte ich auch ungefähr an der Sekundärseite des Transformators. Um zu vermeiden, dass der OPV durch mögliche Spannungsschwankungen an seine Grenze kommt, habe ich das Signal vor dem Verstärker mit einem Spannungsteiler abgeschwächt.

Falls meine vorherige Erklärung missverständlich war, bitte ich um Entschuldigung.

Ziel der Schaltung ist es, das Signal der Sekundärspule so aufzubereiten, dass es im Spannungsbereich von 0 V bis 3,3 V liegt, sodass es vom ADC des Mikrocontrollers erfasst werden kann.

H. H. schrieb:

Udo S. schrieb:

Die EIngangswiderstände des Diffenzierers sind im gleichen Größenbereich wie dein Spannungsteiler.

Falsche Wortwahl.

Uups. du hast natürlich recht, ich wollte Subtrahierer schreiben!

H. H. schrieb:

Viktor schrieb:

10 V AC

Die sind offensichtlich potentialfrei.

Ziel der Schaltung ist es, das Signal der Sekundärspule so aufzubereiten, dass es im Spannungsbereich von 0 V bis 3,3 V liegt, sodass es vom ADC des Mikrocontrollers erfasst werden kann.

Also ist gar kein Opamp nötig.

Ja richtig die beiden Spulenausgänge sollten ja die Differenz von 10 V AC zueinander haben, wenn ich das ganze richtig verstehe (wobei mir ja offensichtlich in dem Punkt das Verständnis fehlt). Ein Differenztastkopf am Oszilloskop ist doch ebenfalls mit einem Differenzenverstärker ausgestattet: https://www.oszilloskope.net/differenztastkopf/ Wenn ich also das Signal auf den Messbereich des ADC bringen möchte, brauche ich doch den Differenzverstärker für die Spannung an der Spule, welche ich runterskalieren muss und am Ende mit einem Offset hochsetzen muss. Das ganze versuche ich zumindest mit meiner Schaltung. Gibt es da eine andere Möglichkeit an die ich gar nicht denke?

Ich glaube ich habe meinen Verständnisfehler gefunden. Vielen Dank an alle! Ich bin von Anfang an davon ausgegangen, dass ich am Oszi mit einem Differentiellen Tastkopf gemessen habe (weil mein Betreuer es mir so gesagt hatte). Dabei habe ich mit einem normalen Tastkopf gemessen, wobei ich ein Ende der Spule mit der Masse des Oszis verbunden habe und das andere Ende eben mit dem Tastkopf. Das heißt für die Messung sollte ein gewöhnlicher Spannungsteiler reichen, wenn ich das andere Ende mit Masse verbinde. Also so wie ich es jetzt in der Simulation angepasst habe, richtig? Den Rest der Schaltung könnte ich ja eigentlich so lassen, um den Offset reinzubringen. Dann brauche ich nur den Differenzverstärker nicht mehr und habe somit zwei einfache Impedanzwandler und einen Addierer in dem letzten Schritt.

H. H. schrieb:

Viktor schrieb:

Also so wie ich es jetzt in der Simulation angepasst habe, richtig?

Nein.

Du brauchst nur ein paar Widerstände, keinen einzigen Opamp.

Das verstehe ich noch nicht ganz. Der ADC kann ja nur im Bereich von 0 V bis 3,3 V messen. Das AC Signal wird doch in jedem Fall unter die 0 V kommen. Für den DC Offset brauche ich doch eine DC Quelle und dann die ganze Schaltung mit dem Addierer. Oder sollte es reichen, wenn ich das geteilte DC Signal, also die 1,65 V für das Bezugspotential an ein Ende der Spule hänge? Aber selbst in diesem Fall brauche ich doch die OPV als Impedanzwandler um die Spannungsteiler nicht zu belasten, oder nicht?

Siehe https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler#Spannungsteiler_mit_Offset,_passiv

Viktor schrieb:

Aber selbst in diesem Fall brauche ich doch die OPV als Impedanzwandler um die Spannungsteiler nicht zu belasten

Beantworte dir folgende Fragen:

1. Wie hoch ist der Innenwiderstand der Spule
2. Wie hoch ist der Innenwiderstad des Spannungsteilers
3. Wie hoch ist der (dynamische) Innenwiderstand des ADCs

H. H. schrieb:

Viktor schrieb:

Oder sollte es reichen, wenn ich das geteilte DC Signal, also die 1,65 V für das Bezugspotential an ein Ende der Spule hänge?

Du bist auf der richtigen Spur.

Aber selbst in diesem Fall brauche ich doch die OPV als Impedanzwandler um die Spannungsteiler nicht zu belasten, oder nicht?

Oder!

Dieser Aufbau scheint in LTSpice zu funktionieren. Vielen Dank! Ich werde das ganze austesten, sobald ich wieder ins Labor kann. Das ganze ist deutlich einfacher umzusetzen und vor allem zu erklären. Vielen Dank nochmal!

von Viktor schrieb:

Mit der Sekundärspule kommt aber wirklich nur murks raus.

Hast du daran mal gedacht, daß die Eingangsimpedanzen des OPV in deiner Spice_Schaltung unterschiedlich sind. Der -Eingang hat 0 Ohm und der +Eingang hat durch R9 10 kOhm.

Du brauchs den "echten" Differenzverstärker oder Instrumentationsverstärker

Siehe hier.

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffamp.htm

H. H. schrieb:

Er hats doch noch viel einfacher.

War ja nur als allgemeine Info zum Lernen gedacht. Oder falls er -warum auch immer- doch nicht potentialfrei messen muss.