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Thema: Elegante Spannungsmessung mit ADC ohne permanenten Stromfulss

  1. #31
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Ich sollte dringend mein Breadboard mal wieder aufräumen
    Ich bin grade an meinem Spannungsteiler aus 330K und 100K verzweifelt...bis ich festgestellt hatte, dass der CD4066 gar keine Masse hatte und an Vss aus irgend einem Grund somit auch Vdd anlag.
    Okay, mit ner richtigen Masse hab ich nun 2,05-3,07V (bei einer Versorgungsspannung von 2,7-4,2V).
    Beim Erwärmen mit nem Haartrockner habe ich ne Spannungsveränderung im dritten Nachkommabereich festgestellt. Das ist für mich soweit egal, also alles bestens

    Was mich jedoch etwas verwirrt ist die Tatsache, dass ich zunächst unkompliziert Ausgang A steuern konnte, wenn ich an Control A kurz den Pegel von Vdd oder Vss/Gnd angelegt habe. Der Zustand wurde dann auch sauber gehalten.
    Nach einigen Schaltvorgängen konnte ich den Ausgang jedoch nicht mehr deaktivieren.
    Ich habe zum Testen einen zweiten CD4066 genommen (kann ja immer mal sein, dass das Bauteil defekt ist) aber auch den konnte ich nicht mehr steuern.

    Sind die CD4066 so anfällig?
    Ich wüsste jetzt nicht, dass meine Bauteile extrmer Belastung ausgesetzt waren (Spannungen oder Hitze). Und an meinem Arbeitsplatz habe ich inzwischen ja auch extra ne antistatische Arbeitsmatte.
    Ich könnte mir aber auch vorstellen, dass ich eine schlechte Charge aus Asien erwischt habe - das würde den niedrigen Preis erklären

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Spannungsteiler.jpg
Hits:	13
Größe:	56,6 KB
ID:	31898

    Im wesentlichen wird das der Aufbau sein (Vdd und der µC bekommen aber eine stabilisierte Versorgungsspannung über einen Wandler).
    Sollte ich beim Spannungsteiler noch irgendwas anderst machen? (Außer vllt. alle 4 Schalteingänge parallel schalten - aber das ist nicht zwingend nötig...)



    //Edit: Machts dem CD4066 vielleicht was aus, wenn die zu schaltende Spannung vor der Versorgungsspannung anliegt?

    //Edit 2: Okay, der Baustein ist doch nicht defekt. Ich habe festgestellt, dass die zu schaltende Spannung nur marginal größer sein darf als die Versorgungsspannung. Und jetzt wo ich das weiß, meine ich auch sowas im Datenblatt gelesen zu haben...

    "Input voltage range, Vis (all inputs) . . . . . . . . . . . . . . . . . –0.5 V to VDD + 0.5 V"
    Die Lösung für das Problem: zwei Dioden. Somit kann entweder die zu schaltende Spannung oder die stabilisierte Versorgungsspannung zu Versorgung genutzt werden.
    So langsam grad ich mich aber, inwiefern das Ganze noch Sinn macht. Bei 330K+100K als Spannungsteiler hab ich rechnerisch nen Stromfluss von
    4,2V => 0,00000976A bzw.
    2,75V => 0,00000639A
    Das macht also bei völlig entladenem Akku 4,6mA pro Monat, was 3% der Nennkapazität des Akku entspricht. Ich denke, ich setz lieber die Lockout-Spannung was höher und räume mir so dann noch eine Zeitspanne von 'Akku ist leer'/Gerät geht aus bis zur Tiefentladung ein.
    Geändert von Cysign (02.08.2016 um 14:24 Uhr)

  2. #32
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    Der grösste Fehler deines Schaltung ist, dass man bei CMOS unbenutzte Eingänge nicht offen lassen darf!
    Also immer an GND oder Vdd legen!

    Weil die Eingänge Hochohmig sind, baut sich über die Leckströme irgend eine Spannung auf. Dabei kommt es dazu, das bei der Gegentakt-Endstufe beide Transistoren leiten und die Versorgungsspannung kurzschliessen.

    Das haben wir schon mal ganz am Anfang geschrieben, du kannst den Spannungsteiler auch hochohmig machen.
    Der sollte auch noch ,mit 1M und 330k funktionieren.
    Wenn du keine schnellen Spannungsänderungen messen musst, wären parallel zu R3 noch 10-100nF angesagt.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #33
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    Zitat Zitat von Peter(TOO) Beitrag anzeigen
    Der grösste Fehler deines Schaltung ist, dass man bei CMOS unbenutzte Eingänge nicht offen lassen darf!
    Also immer an GND oder Vdd legen!

    Weil die Eingänge Hochohmig sind, baut sich über die Leckströme irgend eine Spannung auf. Dabei kommt es dazu, das bei der Gegentakt-Endstufe beide Transistoren leiten und die Versorgungsspannung kurzschliessen.
    Danke für die Info!
    Genau dieses Phänomen konnte ich bereits beim CD4066 beobachten. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den zu schaltenden Eingängen und der Versorgungsspannung recht groß war, haben die Control-Eingänge irgendwann selbsttätig auf high geschaltet (zum Testen hatte ich zwei Taster für high/low aufm Breadboard, bei niedriger Spannungsdifferenz haben die Control-Pins nach dem kurzen Tasten (Anlegen von Gnd oder Spannung) ihren Pegel gehalten).

    Ich werde alle nicht genutzten Pins dann auf Masse legen!

    Für den Mikrokontroller gilt dies aber vermutlich nicht, da der intern Pullups/Pulldowns hat - oder sehe ich das falsch?
    Geändert von Cysign (02.08.2016 um 17:27 Uhr)

  4. #34
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von BMS
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    Für den Mikrokontroller gilt dies aber vermutlich nicht, da der intern Pullups/Pulldowns hat - oder sehe ich das falsch?
    An Pins, die als Eingang geschaltet sind, können per Software meist Pullups aktiviert werden. Man kann diese natürlich auch als Ausgang konfigurieren.
    Grüße, Bernhard
    "Im Leben geht es nicht darum, gute Karten zu haben, sondern auch mit einem schlechten Blatt gut zu spielen." R.L. Stevenson

  5. #35
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    Prinzipiell tritt dieses unvorhersehbare Verhalten nur bei unbelegten low-Inputs auf?
    Interessante Info^^
    Danke dafür

  6. #36
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    Zitat Zitat von Cysign Beitrag anzeigen
    Für den Mikrokontroller gilt dies aber vermutlich nicht, da der intern Pullups/Pulldowns hat - oder sehe ich das falsch?
    Dafür gibt es ein Datenblatt!

    Im Allgemeinen haben GPIO-Pins Pullups und man kann sie unbeschaltet lassen.

    Bei manchen µCs haben aber die Analog-Eingänge keine und sollten über einen hochohmigen Pullup auf einen festen Pegel gezogen werden, dies aber vor allem um Störungen zu vermeiden.

    Dann hat so ein µC noch ein paar weitere Anschlüsse und da muss man im Datenblatt nachschauen, wie man mit diesen zu verfahren hat.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  7. #37
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    Hey,

    ich habe mir jetzt nicht alles komplett durchgelesen aber wurde eine Reihenschaltung aus Kondensatoren bereits erwähnt?

    -> 2Elko´s in reihe;
    -> wichtig währe nur zu beachten das die ekos genügend klein,
    -> oder diese parallel zu einer genügend großen last sind(µC etc...)

    mit einem genügen kleinen "R_leak?" dürfte ja kein allzu großer Strom durch die beiden C's fließen oder täusche ich mich?

    MfG

  8. #38
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    [QUOTE=Unregistriert;630167]ich habe mir jetzt nicht alles komplett durchgelesen aber wurde eine Reihenschaltung aus Kondensatoren bereits erwähnt?

    -> 2Elko´s in reihe;
    -> wichtig währe nur zu beachten das die ekos genügend klein,
    -> oder diese parallel zu einer genügend großen last sind(µC etc...)

    mit einem genügen kleinen "R_leak?" dürfte ja kein allzu großer Strom durch die beiden C's fließen oder täusche ich mich? [QUOTE]
    NEIN!

    In der Praxis hat man immer belastete Spannungsteiler. Durch den Strom verändert sich dann aber das Teilerverhältnis. Praktisch muss man dann den Querstrom durch den Spannungsteiler wesentlich grösser als den Messstrom machen.

    Im Allgemeinen ist der Strom bei einem ADC währen der Wandlung grösser, als wenn der ADC gerade nichts tut.

    Dies kann man durch einen Kondensator am Eingang des ADCs kompensieren.
    Allerdings wirkt der Kondensator zusammen mit dem Spannungsteiler als Tiefpass. Für schnelle Spannungsänderungen am Spannungsteiler erhält man dann einen Mittelwert.

    Da sich deine Akkuspannung aber nicht blitzartig ändert, würde auch eine Zeitkonstante im Bereich von Sekunden noch keine Probleme machen.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  9. #39
    Unregistriert
    Gast
    Zitat Zitat von Peter(TOO) Beitrag anzeigen
    ...
    NEIN!

    In der Praxis hat man immer belastete Spannungsteiler. Durch den Strom verändert sich dann aber das Teilerverhältnis. Praktisch muss man dann den Querstrom durch den Spannungsteiler wesentlich grösser als den Messstrom machen.

    Im Allgemeinen ist der Strom bei einem ADC währen der Wandlung grösser, als wenn der ADC gerade nichts tut.

    Dies kann man durch einen Kondensator am Eingang des ADCs kompensieren.
    Allerdings wirkt der Kondensator zusammen mit dem Spannungsteiler als Tiefpass. Für schnelle Spannungsänderungen am Spannungsteiler erhält man dann einen Mittelwert.

    Da sich deine Akkuspannung aber nicht blitzartig ändert, würde auch eine Zeitkonstante im Bereich von Sekunden noch keine Probleme machen.

    MfG Peter(TOO)

    Vielen Dank! Hab nun wieder etwas gelernt

  10. #40
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    Zitat Zitat von Unregistriert Beitrag anzeigen
    Vielen Dank! Hab nun wieder etwas gelernt
    Nachtrag:
    Es gibt kapazitive Spannungsteiler, wobei an Stelle von 2 Widerständen 2 Kondensatoren verwendet werden.
    Allerdings funktionieren diese nur mit Wechselspannung.

    Zudem gibt es noch Spannungsteiler bei welchen jedem Widerstand ein Kondensator parallel geschaltet ist, wobei die Kondensatoren das selbe Verhältnis wie die Widerstände haben. Dies dient dann der Frequenzkompensation. Die häufigste Anwendung findet sich in Tastköpfen für Oszilloskope. Das eigentlich Problem entsteht, weil man sehr hochohmig sein will (1-10MOhm) und der Eingang des Oszilloskops eine Eingangskapazität hat (10-20pF). Dies ergibt dann einen Tiefpass und führt ohne Frequenzkompensation zu starken Verzerrungen des angezeigten Signals.

    Ist hier ganz hübsch erklärt, auch der Abgleich des Tastkopfes:
    http://www.oszilloskope.net/tastkopf-abgleichen/

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

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