Passiver Stromwandler

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11. Aug. 2008
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Hallo Leute,
ich habe mal mit eine passiven Stromwandler eine Probeschaltung zusammen gelötet und getestet,
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0f47/0900766b80f47964.pdf
ohne Verstärker ganz einfach, das Problem ist die Messwerte sind extrem instabil es reicht schon ein Schraubendreher oder nur das anfassen des Wandlers erzeugt eine komplette Sättigung des Ausganges zum mega.
Gibt es eine sinnvollere Anschlussweiche für diesen Wandler ?

mfg

ac1030.png
 
Hallo,

mal as erstes der alte Lehrsatz "Wer viel misst, misst Mist!" - Spass beiseite.
Bei deiner Beschaltung gibt es gleich mehrere Probleme:

1. im Datenblatt steht 100mv / A an 100 Ohm Last, bedeutet 100 Ohm Widerstand parallel zum Wandler, exakter die Last, also alles was am Wandlerausgang hängt soll einen Widerstand von 100 Ohm haben, damit die Werte stimmen. Im Diagramm (rechts oben im Datenblatt) kannst du den Meßfehler bei unterschiedlichen Lastwiderständen ablesen - Da deine Schaltung einen Lastwiderstand > 10kOhm darstellt, liegt auch der Fehler >700%.
Damit trifft der Satz (siehe oben) wieder einmal zu ...
2. bei normalen Si-Dioden bzw. Gleichrichtern liegt die Flußspannung bei 0,7V - bedeutet in deiner Schaltung, dass unter 1,4V (je 2 Dioden in Reihe) nix passiert.

Um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten mußt du den Lastwiderstand einhalten und einen Präzisionsgleichrichter (OPV-Schaltung) verwenden - alles andere bringt nichts.

Gruß

- gp177 -
 
hallo gp177,
ok soweit verstanden, hast du eine passende OPV-Schaltungs aufbauweise für dieses art von wandler ?

mfg micha
 
Hallo Micha,

hallo gp177,
ok soweit verstanden, hast du eine passende OPV-Schaltungs aufbauweise für dieses art von wandler ?

mfg micha

bei so einer Schaltung liegen die Dioden mit im Rückkoppelzweig um die Durchlaßspannung kompensieren zu können. Dadurch hat der OPAmp eine Verstärkung die sich an die Diodenkennlinie anpaßt.

Bei dieser Suche (google : gleichrichter operationsverstärker) findet man unter anderem das ...

- wikipedia - Präzisionsgleichrichter

- elektronik-kompendium.de - Der Synchron-Gleichrichter mit Operationsverstärker, Komparator und JFET-Analog-Schalter

- elektroniktutor.oszkim.de - Aktive Gleichrichter

Gruß
Dino
 
hi dino,
ich fand natürlich schon viele schaltungen dieser art, aber alle sind unterschiedlich, wuste auch nicht das ich unbedingt eine OPV-Schaltung verwenden muss, daher fragte ich ob jemand für ein doofen so ein passendes schaldbild parat hat.

mfg micha
 
Hallo Micha,

ich fand natürlich schon viele schaltungen dieser art, aber alle sind unterschiedlich, wuste auch nicht das ich unbedingt eine OPV-Schaltung verwenden muss, daher fragte ich ob jemand für ein doofen so ein passendes schaldbild parat hat.

das Bild 1 (obere Schaltung) beim Elektronikkompendium (das direkt nach der Einleitung) sollte die Aufgabe erfüllen können.

Den Stromwandler mußt du mit der angegebenen Impedanz (100 Ohm wie ja schon angesprochen) abschließen. Also mit einem Widerstand nach GND. Das ist die Last die der Stromwandler treiben muß. Da dran wird dann die Gleichrichterschaltung angeschlossen. Die Widerstandswerte kann du im Bereich 10k-50kOhm wählen. Das sollte passen. Dabei sind alle mit R1 ein Wert. R2 ist ein weiterer Wert und 2R2 der doppelte Wert von R2. Bei meinem dritten Link (elektroniktutor.oszkim.de) sind die Grundlagen der Schaltung beim "Zweiweggleichrichter" erklärt. Dort sind auch Formeln für die Berechnung vorhanden. Der Unterschied ist lediglich der vorgeschaltete Impedanzwandler und die halbierte Ausgangsspannung.

Bau die Schaltung mit einem 4fach OPAmp doch einfach mal auf einem Steckbrett auf und spiel einwenig mit den Werten rum. Wenn du einen Wechselspannungsquelle/Funktionsgenerator und ein Zweikanal-Oszilloskop hast, kannst du dir ansehen was an welcher Stelle passiert wenn du die Werte änderst.

Gruß
Dino
 
Hallo Dino,
danke erstmal für deine ausführliche Beschreibung dazu.
Ich machte mal schnell noch mal ein Grundaufbau und nahm dazu den T084 , die werte der Widerstände sind nur testweise, so also müsste es aussehen.

mfg micha

AC1030-2.png
 
Hi Micha,

Ich machte mal schnell noch mal ein Grundaufbau und nahm dazu den T084 , die werte der Widerstände sind nur testweise, so also müsste es aussehen.

sieht soweit gut aus. Denk dran dem TL084 auch eine negative Versorgung zu spendieren. Das Signal aus dem Stromwandler wird auch in den negativen Bereich gehen. Also brauchst du auch eine negative Versorgung um das Signal verarbeiten zu können. +/-12V sind bei Operationsverstärkern eine allgemeine "Standardversorgung" mit der man eigentlich nichts falsch machen kann (wenn der OPAmp die Versorgungsspannung ab kann). Wenn du asymetrisch lediglich mit +12V versorgst, dann wird die negative Halbwelle des Eingangssignals gegen die Begrenzung der Versorgungsspannung laufen. Außerdem hättest du dann eine gewisse tote Zone nahe an der unteren Versorgungsspannung - in dem Fall wäre das 0V/GND. Darum also symetrisch +/-12V.

Gruß
Dino
 
Hallo Dino,
auch das noch negative versorgung, aber da habe ich eine kleine schaltung wen es über den atmega geht, zum probieren kann ich es ja von ein schaltnetzteil nehmen.
mfg micha

AC1030-3.png
 
Hi,

auch das noch negative versorgung, aber da habe ich eine kleine schaltung wen es über den atmega geht, zum probieren kann ich es ja von ein schaltnetzteil nehmen.

man könnte es auch ohne negative Spannung hinbekommen. Nur dafür mußt du einen zweiten GND-Pfad auf der halben Versorgungsspannung einziehen an dem dann dein Stromwandler, der Impedanzwandler und dein OPAmp-Gleichrichter liegen. Danach müßtest du die Spannungs des 2ten GND-Pfades beim letzten OPAmp wieder zubtrahieren damit deine Null-Ampere nicht auf der halben Betriebsspannung liegen :p Dabei mußt du aber auch an deine Signalhöhe denken. Wenn du die OPAmps dann nur noch mit 12V gegen GND versorgst, dann darf dein Signal vom Meßwandler nicht mehr als etwa 5V Auslenkung haben. Also nur noch +/-5V beim Meßsignal da die OPAmps ja wieder um deinen künnstlich erzeugten Nullpunkt arbeiten.

Bei deinem Spannungsinverter über den Atmel mußt du folgendes beachten.
Vcc = 5V
Vout des Atmels maximal Vcc-0.25V
Durchlaßspannung einer Diode = 0,65V
Du wirst also irgendwo bei -4V liegen :p
Mit Reserve für den OPAmp würde ich mal mit absolut maximal 2-3V Signalauslenkung in den negativen Bereich rechnen. Dein Signal vom Wandler sollte also maximal +/-2V sein um nicht in den Klipp-Bereich zu kommen. :rolleyes:

Gruß
Dino
 
mann mann steigt ja keiner durch,:confused:
ok lass ich mir noch mal langsam durch den kopf gehen.
hier noch mal eine andere schaltung die ist für eine gleischspannung, könnte man diese auch für den AC1030 verwendet dort macht der icl7660 die negative spannung wen ich das richtig sehe.

mfg micha

AC1030.png
 
Hi,

mann mann steigt ja keiner durch,:confused:
ok lass ich mir noch mal langsam durch den kopf gehen.

erklär ich gleich nochmal genauer ;)


hier noch mal eine andere schaltung die ist für eine gleischspannung, könnte man diese auch für den AC1030 verwendet dort macht der icl7660 die negative spannung wen ich das richtig sehe.

Anhang anzeigen 6502

Da wird nichts gleichgerichtet. Das ist lediglich nen uralt LM741-OPAmp (Schrotflinte :p) auch mit nem Spannungsinverter der auch so um die 4-4,5V generiert.

Nun nochmal ne Erklärung ...

1.
Da man die Physik nicht aushebeln kann, kann ein OPAmp nicht komplett bis zur Versorgungsspannungsgrenze arbeiten. Wenn du also einen TL084 mit GND und +5V versorgst, dann kann er wegen den Ausgangstransistoren - an denen ja auch Spannung abfällt - lediglich von 1V bis 4V arbeiten. Wenn du einen größeren Signalbereich brauchst, dann mußt du dem OPAmp Luft verschaffen um zu arbeiten. Er braucht also einen größeren Versorgungsbereich.

2.
Dein Stromwandler arbeitet wie ein Trafo. Er liefert dir also eine Wechselspannung. Da du eine Seite des Stromwandlers an GND angeschlossen hast, wird sich an dem anderen Pol also logischerweise eine Spannung einstellen die positiv und negativ ist. Also zB +/-1V Signalspitzen.

3.
Wenn ein OPAmp mit GND und +5V versorgt wird und eine negative Spannung vom Stromwandler geliefert bekommt, dann fährt er einfach an seinem Ausgang soweit er kann und dann bleibt er da hängen. Er clippt / begrenzt. Wegen (1.) wird er also bis maximal 1V runterkommen und dann passiert nix mehr.

4.
Da dein Stromwandler aber bei kleineren Strömen irgendwo bei +/-0,2V arbeiten wird, ist das komplett außerhalb des Arbeitsbereichs des OPAmp (sieh 1.). Er wird also wohl garnix tun sondern auch hier fest auf seinem Minimalwert (1V) bleiben.

5. Wenn du den GND des Stromwandlers auf die halbe Versorgungsspannung (2,5V) legst (virtueller Nullpunkt), dann arbeitet er nicht mehr bei +/-1V sondern bei 1,5-3,5V. Die Amplitude bleibt. Das Signal ist lediglich nach oben verschoben.

6. Der OPAmp-Gleichrichter arbeitet mit einem Bezugspotential am negativen Eingang des IC2b und das ist noch GND. Er klappt deine negative Halbwelle also nun nicht mehr nach oben da ja nun alles positiv geworden ist. Der Stromwandler arbeitet ja nun um +2,5V herum. Also muß man das Bezugspotential des Gleichrichters auch verschieben. Also auch hier statt GND die halbe Versorgungsspannung anschließen. Dann klappt er wieder Halbwellen nach oben und du hast eine Vollweggleichrichtung.

7. Du hast nun am Ausgang eine gleichgerichtete Spannung mit dem Bezugspegel von 2,5V. Bei Null Ampere am Stromwandler bekommst du also 2,5V. Wenn der Strom steigt, dann wandert die gleichgerichtete Spannung in positive Richtung. Also in Richtung 5V (bis maximal 4V wegen 1.). Du mußt also den Bezugspegel von 2,5V durch IC2c wieder subtrahieren lassen. Dafür mußt du die Schaltung an der Stelle mit der Schaltung eines Subtrahierers kombinieren. Das kannst du über einen veränderten Bezugspegel an seinem negativen Eingang machen. Setz da mal ein Poti drann. Der Spannungswert wird dann von deinem Signal subtrahiert. Dabei immer an (1.) denken.

Gruß und gute Nacht :goodnight: :sleep:
Dino
 
Hallo,

Dino's Erkläuterungen zum Thema OPV sind sehr schön ausführlich - dennoch würde ich von der Realisierung abraten.
Die Sache mit dem "virtuellen Nullpunkt" (1/2 Versorgungsspannung) hat so einige Tücken.
Ein Subtrahierer ist auch ein OPV und kann - so er keine negative Versorgungsspannung hat - die Ausgangsspannung nicht Richtung GND verschieben.
Würde also bedeuten, du musst den virtuellen Nullpunkt vom Ergebnis des ADC subtrahieren - was dich die halbe Auflösung des ADC kostet.
Ein weiteres Problem dürfte ein nicht zu unterschätzender Mess-Fehler sein. Analog-Stromversorgung (OPV) mit Digitalstromversorgung (ATMEGA) zu verbinden ist ohnehin schon problematisch, dann noch die Sache mit dem virtuellen Nullpunkt ... Da wird am Ende nicht viel Brauchbares rauskommen.
Mein Vorschlag wäre (wenn keine getrennten Versorgungsspannungen zur Verfügung stehen) aus der Rohspannung des Netzteils mit Hilfe eines Inverters (Ladungspumpe) z.B. MC 34063 A (Reichelt) eine negative Versorgungsspannung zu generieren und aus der positiven und negativen Rohspannung mit Hilfe von Analog-Spannungsreglern eine "saubere" Versorgungsspannung für den OPV zu erzeugen. Diese beiden Spannungen dürfen nicht mit der Versorgungspannung des Atmegas verbunden werden! Es wird nur GND verbunden und zwar direkt am Atmega (analog GND). Nur so kannst du die volle Auflösung des ADCs verwenden.
Ach ja, wenn du ohnehin einen 4-fach OPV verwendest, kannst du die Verstärkung des letzten OPV zur Anpassung der Mess-Spannung an die max. Eingangsspannung (vgl. Referenzspannung) des ADC verwenden.
Klingt sicher alles recht kompliziert und aufwendig - aber wenn man brauchbare Messergebnisse haben möchte, muss man schon einigen Aufwand treiben - siehe auch Datenblatt ATMEGA zum Thema ADC-Beschaltung.

- gp177 -
 
Hi,

Dino's Erkläuterungen zum Thema OPV sind sehr schön ausführlich - dennoch würde ich von der Realisierung abraten.
Die Sache mit dem "virtuellen Nullpunkt" (1/2 Versorgungsspannung) hat so einige Tücken.
Ein Subtrahierer ist auch ein OPV und kann - so er keine negative Versorgungsspannung hat - die Ausgangsspannung nicht Richtung GND verschieben.
Würde also bedeuten, du musst den virtuellen Nullpunkt vom Ergebnis des ADC subtrahieren - was dich die halbe Auflösung des ADC kostet.
Ein weiteres Problem dürfte ein nicht zu unterschätzender Mess-Fehler sein. Analog-Stromversorgung (OPV) mit Digitalstromversorgung (ATMEGA) zu verbinden ist ohnehin schon problematisch, dann noch die Sache mit dem virtuellen Nullpunkt ... Da wird am Ende nicht viel Brauchbares rauskommen.

da hast du Recht. Ich würde es auch nicht so machen sondern die OPAmps mit +/-9..12V versorgen so wie du es schon geschrieben hast.

Ich wollte lediglich mal erzählen wie es anders gehen würde. Man kommt damit aber definitiv nicht unter die unterste Schaltschwelle von 1-1,5V des OPAmp da seine Ausgangstransistoren ja auch ein wenig Spannung zum Leben brauchen. Nach oben ist dann auch bei 3,5-4V Ende. Man hätte also einen Meßbereich beim ADC der so ungefähr bei 1-1,5V anfängt und bei 3,5-4V endet. Alles sehr suboptimal. Ohne einen sauber stabilisierte 2,5V virtuellen GND wird das sowieso eher nen Zufallsgenerator :p

Gruß
Dino
 
Hi Leute,
ok, wird immer verrückter:stupido2: habe aber im Prinzip verstanden worum es geht mit der Arbeitsspannung, denke ich.
Also noch mal von vorn, ich habe eine 12V Spannung die der mega auch später messen soll, von dieser kann ich ja separat die Versorgung für den MC34063A abnehmen.
Habe im Datenblatt nachgesehen, welsche Schaltung nun wieder soll ich davon verwenden ? :fie:
Dann könnte ich noch mal eine komplette Zeichnung mi den MC34063A im ganzen machen.

mfg micha

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/aic/MC34063ACN.pdf
 
Frage an Euch zwei Spezialisten: Läßt sich hier auch ein Pegelwandler (RS232 <--> TTL) zweckentfermden? Früher waren die ja desöfteren eh bereits in der ein oder anderen Mikrocontrollerschaltung mit drin - inzwischen weichen sie den USB-Wandlern.

Gemacht habe ich das schon das ein oder andere mal, aber ist das hinreichend genau?
(Wenn der MAX... eh in der Schaltung ist, ist nur etwas mehr zu routen, und auch wenn nicht, ist der Bauteilaufwand mit dem Chip und nur 5 1206er Kerkos sehr gering. Dafür hat man dann gleichzeitig ca. +/-10V (schwach belastbar))
 
Ich würde nicht ausschließen, dass es MAXxxx gibt, die genug Leistung bringen. (evtl. die mit 1uF)
Nach meinen bisherigen Erfahrungen würde ich sagen, geht nicht!
Die Spannungen an den Ladungspumpen der Pegelwandler reichen gerade so für den "Eigenbedarf", da noch einen 4-fach OPV dranhängen wird nichts und die Spannungen sind weder stabil noch sauber, meist sind die auch nicht wirklich symmetrisch. Also für Messaufgaben absolut ungeeignet.

- gp177 -
 
der brauch nur 6V eingansspannung !? nun ja, da werde ich morgen mal eine zeischnung zu machen, mal sehen was es wird.

mfg micha
 
Hallo Micha,

hab mir gerade nochmal die letzten Beiträge angesehen, da bin ich über einen Satz in #15 gestolpert.

Also noch mal von vorn, ich habe eine 12V Spannung die der mega auch später messen soll, von dieser kann ich ja separat die Versorgung für den MC34063A abnehmen.

Bedeutet das, du hast 12V AC?

Wenn ja, kannst du die den ganzen Aufwand mit dem MC34063 sparen und gleich eine positive und eine negative Spannung aus der Wechselspannung erzeugen, einfach Graetzbrücke an den Trafo - damit hast du eine Gleichspannung, wenn du jetzt ein Ende der Trafowicklung bzw. einen der beiden Wechselspannungseingänge mit GND verbindest, bekommst du ,bezogen auf GND, eine postitive und eine negative Spannung am Gleichrichterausgang. Du musst natürlich die Kondensatoren etwas größer dimensionieren, da du jetzt ja nur eine Halbwelle pro Spannung nutzen kannst und du solltest je Spannung einen Spannungsregler vorsehen.

- gp177 -
 

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