Bipolares Stromsignal in unipolares Spannungssignal wandeln

[Philipp X. (caradhras)]

Moin,

ich habe einen LEM-Stromsensor, der gibt ein Stromsignal von max. plus 
minus 100 mA raus. (LEM LF 205-P 
www.lem.com/docs/products/lf%20205-p.pdf)

Ich möchte beide Stromrichtungen messen können und habe mich etwas mit 
Operationsverstärkerschaltungen beschäftigt, bin da aber noch sehr grün 
hinter den Ohren und habe nicht alles verstanden.

Mein ADC kann von 0 bis 5V messen und aus diesem Grund habe ich einen 
Bürdenwiderstand von 12R4 gewählt. Dies führt zu einer Spannung von 
+-1,24 V und bei einem Offset von 2,5V und einer Verstärkung von 2 zu 
einem Spannungssignal von 0.02 bis 4,98V, also genau passend für meinen 
ADC.

Ich habe nun etwas mit LTSpice herumgespielt, aber ich bin offenbar zu 
blöd, mir die Offsetspannung (Artikel Spannungsteiler im Wiki) korrekt 
zu erzeugen, um die Schaltung funktionieren zu lassen.

An Abblockkondensatoren usw. habe ich jetzt noch gar nicht gedacht, das 
wäre ein Schritt weiter. Meine Schaltung siehe Anhang.

Kann mich mal jemand in die richtige Richtung schubsen? Danke :)

EDIT:
Ups, R2 sollte da gar nicht sein, bitte wegdenken! ^^

[John D. (Gast)]

Die Schaltung sollte funktionieren. Was ist denn dein Ergebnis?

Ins Blaue spekuliert: Der LTC1050 hält nur max. 18V Versorgungsspannung 
aus. Vielleicht steigt das Modell bei 24V aus.
Der LTC1050 kann nur wenige mA liefern. Einfach einmal probieren, R3 und 
R4 hochohmiger zu machen (10k bspw.).

[Philipp X. (caradhras)]

Hey John, also im Prinzip tut es die Schaltung. Aber ich möchte auf die 
-2,5V-Spannungsquelle verzichten.

Ich ging davon aus, dass ich da bestimmt irgendetwas naheliegendes nicht 
beachtet habe, was die Schaltung so vereinfacht, so das man drauf 
verzichten kann.

Wenn ich einen weiteren Spannungsteiler bastele, um die -2,5V zu 
erzeugen klappt es nicht mehr. Vermutlich weil die Spannungsteiler sich 
gegenseitig verstimmen.

[Falk B. (falk)]

Siehe Spannungsteiler, mit drei Widerständen.

[Philipp X. (caradhras)]

Moin Falk,

erklär mal weiter, wie du das meinst. Ich sehe nicht so recht, wie mir 
das hilft? Ich möchte das gerne aktiv mit einem OPamp machen.

Habe mir gerade mal interessehalber das Excelsheet angesehen, 
merkwürdigerweise wirft das für meine Werte negative Widerstände aus... 
^^

[Falk B. (falk)]

@  Philipp X. (caradhras)

>erklär mal weiter, wie du das meinst. Ich sehe nicht so recht, wie mir
>das hilft? Ich möchte das gerne aktiv mit einem OPamp machen.

Dann musst du einen normalen Addierverstärker nehmen und den + Eingang 
anstatt auf Masse per Spannungsteiler auf 2,5V legen.

>Habe mir gerade mal interessehalber das Excelsheet angesehen,
>merkwürdigerweise wirft das für meine Werte negative Widerstände aus...
>^^

Der Spannungsteiler ist nicht für alle Konstellationen anwendbar. Der 
Eingangsspannungsbereich muss immer größer als der 
Ausgangsspannungsbereich sein, weil ja kein Verstärker vorhanden ist.

[Philipp X. (caradhras)]

Moin,

was sagst du zur Lösung im Anhang? Ich denke mal, das geht auch 
wesentlich eleganter. So wie es jetzt aussieht müsste ich den Offset per 
Trimmer einstellen, wo jetzt R2 sitzt.

Beste Grüße

[Philipp X. (caradhras)]

Habe mir das gerade nochmal genauer angeschaut.

Das passt aber irgendwie nicht, wenn ich den Rückkopplungswiderstand von 
dem zweiten OP variiere erreiche ich entweder die untere Grenze 20 mV) 
oder die obere nicht (4,98V).

Was mache ich falsch? Mein Ansatz muss offenbar völlig daneben sein. :(

EDIT:
Achja, der OP ist auch falsch gewählt, da er (obwohl mit +-12V versorgt) 
nicht mehr als +-4,85V ausgeben kann :( Aber sonst scheint er recht gut 
zu sein.

[Philipp X. (caradhras)]

So schwer ist mein Problem doch nicht, mag denn niemand mal was dazu 
schreiben? :(

[Philipp X. (caradhras)]

So, liebe Forenteilnehmer.

Es fand sich leider  niemand, der sich für das Thema interessierte, aber 
da ich ein Herz für den Google-User habe und mir anderswo etwas geholfen 
werden konnte, bin ich wieder da.

(Jeder von uns ist im tiefsten Herzen ein Google-User, der sich jedes 
mal schwarz ärgert, wenn man einen Thread findet, der genau sein Problem 
abdeckt, aber von Ersteller und Teilnehmern verlassen wurde)

Nun zum eigentlich Thema zurück:
Da es offenbar keinen nichtinvertierenden Addierer gibt und ich nicht so 
recht wusste, wo ich nun -2,5V herbekomme bin ich den anderen Weg 
gegangen. Ich habe nun von meinem bipolaren Spannungssignal nochmal 
1,25V abgezogen, um es anschließend bei einer Verstärkung von 2 zu 
invertieren.

Im Prinzip scheint das nun grundlegend zu funktioneren. Es bleiben bei 
mir aber noch ein paar Fragen offen:

1)
Macht die Erzeugung der 1,25V Sinn? Ich sehe da einen etwas fiesen 
Ripple drauf. Wie bekomme ich den Weg, oder kann ich das ignorieren? 
Siehe ripple.png

2)
Das Verhältnis der Widerstände ist ja durch Verstärkung etc vorgegeben, 
aber nicht ihre absolute "Größe". Wie lege ich das aus? Möglichst 
hochohmig?

3)
Ich habe den LT6011 gewählt, weil er in LTspice vorhanden, mit meiner 
festgelegten Versorgungsspannung klar kommt (+12V ist Bedingung) und 
kein ideales Bauteil ist. In meinem Anwendungsfall, worauf müsste ich 
achten und welche OPV wäre hier geeignet?

4)
Wie modelliere ich am sinnvollsten die Störungen, die auf einer 
Leiterplatte z.B. durch DC/DC-Konverter unvermeidlich sind? Damit ich 
sehen kann, ob mein Aufwand durch Abblockkondensatoren etc. ausreichend 
ist.

[amateur (Gast)]

@Philipp

Manchmal sieht man den Wald von lauter Bäumen nicht.

Wahrscheinlich war deshalb die Resonanz so gering, weil sich niemand 
getraut hat Dir das zu Posten.

Da Du einen genauen Versatz brauchst, kommst Du um eine 
Referenzspannungsquelle nicht herum. Je nach Genauigkeitswünschen musst 
Du auch genaue Widerstände einbauen.

Aus Gründen der Bequemlichkeit bin ich auf 50 Ohm heraufgegangen. Du 
kannst aber jederzeit sowohl die Referenzspannung als auch die Bürde an 
Deine Wünsche anpassen.

Du musst auch keine Verstärkung von eins nutzen. Widerstand in die 
Rückkopplung. Diese Verstärkung wirkt dann aber sowohl auf Dein 
Eingangssignal als auch auf die Referenzeingangsspannung.

Möglicherweise kann es auch sinnvoll sein die Widerstände 2 und 3 zu 
erhöhen um die Referenzspannungsquelle und die Bürde zu entlasten. Hatte 
keine Lust mich mit Deinem Eingang zu beschäftigen

[amateur (Gast)]

@Philipp

Ehe ich's vergesse.

Ich habe den "LT6078" genommen, weil ich den LT6011 nicht in meinen 
Bibliotheken gefunden habe. Vergiss also meinen Typen.

A guats Nächtli

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wenn es dich nicht stört, dass in den Widerständen etwas zusätzliche
Leistung verheizt wird (max. 500mW pro Widerstand und zusammen), geht es
auch ohne Opamp (s. Anhang). Wenn du den Spannungsteiler statt mit 5V
mit 12V versorgen möchtest, änderst du die Widerstände in R1=120Ω und
R2=31,6Ω.