0-5V Spannung dynamisch nach unten regeln

[Dirk S. (dirkxkr)]

Hallo und guten Morgen,

die Suche habe ich natürlich schon bemüht, allerdings weiß ich noch 
nicht einmal wonach ich explizit suchen muss.

Was soll gemacht werden: Eine Signal (Gleich) Spannung von 0-5V soll um 
ca. 12-20% nach unten geregelt werden.
Perfekt wäre es noch, den Bereich von 0-2V ungeregelt zu lassen und nur 
das Signal ab 2V zu regeln.

Spannungsversorgung wäre 12V oder weniger.

Gibt es dafür eventuell ein Fertigprodukt oder einen Bausatz?

Vielleicht hat ja jemand einen Tip oder eine Idee.

Viele Grüße, Dirk

[Alex R. (geneo)]

Such mal nach "Spannungsteiler".

Zwei Widerstände in Reihe mit z.B. 3200 und 800 Ohm sollten um 20% 
reduzieren können bei ca. 1,25 mA Stromverbrauch.
Bei anderen Anforderungen halt andere Werte nehmen.

[Stefan S. (chiefeinherjar)]

Dirk S. schrieb:
> Perfekt wäre es noch, den Bereich von 0-2V ungeregelt zu lassen und nur
> das Signal ab 2V zu regeln.

Alex R. schrieb:
> Such mal nach "Spannungsteiler".

Naja, ein Spannungsteiler "regelt" über den gesamten Spannungsbereich.
Eine Lösung wäre ein Komparator, der unterscheidet, ob das Signal >=2V 
oder <2V ist und dann einen Analogmultiplexer/Transistor (je nach 
Strombedarf und Genauigkeit) ansteuert, der eben das heruntergeteilte 
Signal durchschaltet oder das ungeteilte Signal durchschaltet.

[N. M. (mani)]

Nimm nenn uC. Spannung über ADC einlesen. Unterscheidung ob größer oder 
kleiner 2 Volt. Anhand dessen Verstärkungsfaktor auswählen.
Spannung über PWM ausgeben. Filtern. Fertig.

So ein Digispark für nenn Euro hat glaube ich ein 7805 drauf. Das sollte 
reichen mit der Versorgungsspannung.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Im Audiobereich heisst so etwas 'Limiter' und es spricht nichts dagegen, 
eine Limiterschaltung auch mit einer langsamen Wechselspannung zu 
verwenden. Denn eine Gleichspannung kann es ja nicht sein, wenn das 
Signal zwischen 0 und 5V wandert.
Das ist ein Opamp als Verstärker, der die Ausgangsspannung dazu benutzt, 
den Eingang runterzuregeln, bspw. mit einem FET.

[Alfred B. (alfred_b979)]

Dirk S. schrieb:
> allerdings weiß ich noch
> nicht einmal wonach ich explizit suchen muss

Danach sieht es irgendwie aus, ja. Und leider wirst Du
mich vermutlich gleich überhaupt nicht mehr mögen:

"Spannung dynamisch nach unten regeln" sagt wenig aus.

- Zunächst mal willst Du genaugenommen wohl eher Deine
Spannung um ... (von mir aus 12...20%) verringern -
Spannungen ohne Festlegung eines GND ("Ground") Bezugs
(oft "0V") sind immer Absolut-, niemals Relativ-Werte.

(Also ist "größer = höher", aber nicht "weiter oben" -
sowie "kleiner = niedriger" aber nicht "weiter unten".)

- Weiters scheinst Du "0...2V" ausnehmen zu wollen.

- Auch ist völlig unklar, was "dynamisch" heißen soll.
  (Man könnte höchstens wie Mathias etwas annehmen ...)


Weil Du offensichtlich überhaupt nicht weißt, wie man
Anforderungen korrekt (oder von mir aus falsch, aber
zumindest halbwegs verständlich ...) beschreibt,

und deswegen niemand hier präzise weiß, was Du willst
bzw. brauchst, um Dir passende Lösungswege zu zeigen,

bleiben nur zwei Möglichkeiten:

A. Du versuchst erneut, aber viel ausführlicher, sowie
   "in eigenen Worten" (die zumindest Du selbst völlig
   verstehst) - und das auch mehrfach/verschiedentlich,
   um auch wirklich herausfinden zu können, was Deine
   Wunschlösung genau können sollte/müßte - so eine
   Anforderungsbeschreibung allein_dessen_was_Du_nun
   mal_jetzt_gerade_anstrebtest ...

Mit etwas Mühe würd's zumindest "der richtige Anfang",
auch wenn oftmals auch ein zweiter Versuch scheitert
(zumindest ohne ein wenig vorh. Wissensvermehrung).


Meine Empfehlung (viel wahrscheinlicher, daß gleich
100%ig passend - weil jeder weiß, was benötigt wird):

B. Du beschreibst ebenso ausführlich sowie in eigenen
   Worten - und das sogar mehrfach/verschiedentlich -
   wozu_genau_das_Konstrukt_überhaupt_dienen_sollte
   (bitte auch "mit allen Schikanen" - sämtl. Umstände
   & Beschreibungen echt aller beteiligten Komponenten
   des Projekts, auch für "hier unwichtig" gehaltenes).

Daraus ergäben sich sogar nicht nur alle Anforderungen,
deren Beschreibung bisher mißlang - sondern echt ALLE.


Präzise das (bzw. nur das, nicht weniger) wäre ideal.

[Volker Z. (vzavza)]

Die Kompressor-Schaltung könnte die Lösung zum unbekannten Problem sein.

Beitrag "Benötige kleine Hilfe bei meiner Kompressor-Schaltung :("

PS. Ein Limiter begrenzt das Signal und ist hier nicht vom TO gewollt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Volker Z. schrieb:
> PS. Ein Limiter begrenzt das Signal und ist hier nicht vom TO gewollt.

Das ist eine Frage der Ansicht. Ein Kompressor kann z.B. auch kleine 
Signale anheben, und ein Limiter muss ja nicht hart begrenzen. Die 
beiden Eigenschaften gehen sanft ineinander über.

[Dieter W. (dds5)]

Da gibt es auch noch einen kleinen Haken:
Die Einschränkung "keine Reduktion unterhalb 2V" bewirkt eine 
Unstetigkeit in der Übertragungsfunktion.

Bei ansteigendem Eingangssignal springt das Ausgangssignal bei 
Überschreiten von 2V um den Reduktionsfaktor nach unten.

[H. H. (Gast)]

Dirk S. schrieb:
> Fertigprodukt oder einen Bausatz?

Da siehts schlecht aus.

[Michael B. (laberkopp)]

Dirk S. schrieb:
> Was soll gemacht werden: Eine Signal (Gleich) Spannung von 0-5V soll um
> ca. 12-20% nach unten geregelt werden.

> Gibt es dafür eventuell ein Fertigprodukt oder einen Bausatz?

Ja, Spannungsteiler, (Trimm)poti

https://botland.de/blog/spannungsteiler-was-ist-das-und-wofuer-wird-er-verwendet/

> Perfekt wäre es noch, den Bereich von 0-2V ungeregelt zu lassen und nur
> das Signal ab 2V zu regeln.
> Spannungsversorgung wäre 12V oder weniger.
> Gibt es dafür eventuell ein Fertigprodukt oder einen Bausatz?

Nein, auch ein Limiter passt nicht genau zur Anforderung.

Stefan S. schrieb:
> Eine Lösung wäre ein Komparator, der unterscheidet, ob das Signal >=2V
> oder <2V ist und dann einen Analogmultiplexer ansteuert, der eben das 
heruntergeteilte
> Signal durchschaltet oder das ungeteilte Signal durchschaltet.

Ja, das wäre eine Lösung die präzise arbeitet.

[Dirk S. (dirkxkr)]

Hallo Alfred und Hallo @ all.
Wow mit so vielen Antworten habe ich da mal nicht gerechnet.
Als kompletter  Laie muss brauche ich etwas länger.

Also versuche ich mal den gedachten Verwendungszweck mit eigenen Worten 
zu schildern.

Es geht um die Messung einer Luftmasse. Die Spannung erhöht sich 
kontinuierlich mit steigender Luftmenge

10 g/s   0,5V
15 g/s   0,52V
20 g/s   0,55V
.
.
.
150 g/s  1,6V
155 g/s  1,65V
.
.
.
300 g/s  4,5V
325 g/s  4,7V
350 g/s  4,9V

Ab diesem Schwellenwert kann das nachgeschaltete Steuergerät keine 
Spannung mehr verarbeiten. Ich möchte aber gern 15-20% mehr Luftmenge 
verarbeiten.

Den messenden Sensor kann ich leider nicht neu kalibrieren und habe auch 
niemanden in Reichweite gefunden, der das mit überschaubarem Aufwand 
machen kann.
Somit wäre mein Gedanke, durch absenken der Spannung eine maximale 
Luftmasse von mindestens 400g/s zu erreichen.

Im Bereich bis ca. 2V könnte dies eventuell zu Problemen führen, das 
müsste ich aber erst ausprobieren.
Daher kam meine Frage nach dem vielleicht variablen Einsatzpunkt.

Viele Grüße, Dirk

[Jens G. (jensig)]

Dirk S. schrieb:
> Was soll gemacht werden: Eine Signal (Gleich) Spannung von 0-5V soll um
> ca. 12-20% nach unten geregelt werden.
> Perfekt wäre es noch, den Bereich von 0-2V ungeregelt zu lassen und nur
> das Signal ab 2V zu regeln.

Nimm eine 2V-"Z-Diode", in Reihe mit einem 1:x-Spannungsteiler (x 
entsprechend Deinen 12-20%).
Z-Diode unten an Masse, darüber der Spannungsteiler.
Z-Dioden mit scharfem 2V-Knick gibts zwar nicht, aber man kann ja mit 
der TL431 (oder wie das Ding hieß) eine basteln. Deren 
Rückkopplungsnetzwerk muß natürlich gegenüber dem Spannungsteiler 
vergleichsweise hochohmig sein, damit die ersten 2V noch rel. 
ungeschwächt durchkommen können (Du hast keine genaueren Anforderungen 
genannt, also ist ein gewisser Fehler wohl hinnehmbar).

> Gibt es dafür eventuell ein Fertigprodukt oder einen Bausatz?

Mit Sicherheit nicht ...

[Klaus H. (hildek)]

Dirk S. schrieb:
> 350 g/s  4,9V
>
> Ab diesem Schwellenwert kann das nachgeschaltete Steuergerät keine
> Spannung mehr verarbeiten. Ich möchte aber gern 15-20% mehr Luftmenge
> verarbeiten.

Also nimm einen Spannungsteiler, der dir die gelieferte Spannung um 
12.5% reduziert.
Wieso vermutest du, dass der Bereich bis 2V zu Problemen führt? Da ist 
doch vermutlich in der Auswerteschaltung ein ADC beteiligt ...

[H. H. (Gast)]

Jens G. schrieb:
> TL431 (oder wie das Ding hieß)

Erst ab 2,5V.

Der TLV431 kann ab 1,2V.

[Stephan (stephan_h623)]

Für Spannungsteiler wäre noch die Belastung durch die Messung relevant.
Mit > 1MOhm passts, mit 10kOhm Eingangswiderstand müsste ein OPV 
dazwischen.

Und die 2V sollten gut temperaturstabil sein.

Für nen einfachen Test vielleicht ne grüne LED (bei geringem Strom ca. 
1.9V) und "darüber" ein Spannungsteiler aus 4k (4x1k in Reihe) und 1k. 
Das findet sich dann in fast jedem kleinen Bastel-Set.

[Jens G. (jensig)]

H. H. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> TL431 (oder wie das Ding hieß)
>
> Erst ab 2,5V.
>
> Der TLV431 kann ab 1,2V.

Ja, ich hatte keine Lust zur Datenblattbeschau ;-) Mir gings nur ums 
Richtungsweisen ...

[Dirk S. (dirkxkr)]

Ok, es ist leicht zu erkennen, das das nicht mein Fachgebiet ist.
Daher auch die Frage nach zumindest einem Bausatz.

Da ich das Ganze aber zwingend benötige, will ich es zumindest versuchen 
selbst zusammenzubauen.
Ist so etwas noch in Eigenregie auf einer Rasterplatine mittels Löten 
umsetzbar?

Falls ja, wäre es möglich, das ganze grob aufzuskizzieren?

Die Sache mit der grünen LED und der Temperaturbeständigkeit sagt mir 
leider gar nichts

Da die Werte bis ca. 2V perfekt passen würde ich die nach Möglichkeit 
wirklich unberührt lassen.
Der Strömungsmessung / Spannungsausgabe nachgeschaltet ist ein 
Motorsteuergerät, welches auf dieser Grundlage einen Teil der 
Kraftstoffmengenberechnung bildet.

Leider ist das Ganze ein etwas älteres Semester und es kann keinerlei 
Programmierung / Änderung dieses Steuergerätes vorgenommen werden.

In der relativ engen Grenze von 15-20% passt es sich selbst an, was ich 
gern ausnutzen würde. Die Regelgrenze ist definitiv bei 4,9V und 350g/s 
Luft erreicht.

Da die Range bis 400g/s sehr groß ist, wird es wahrscheinlich bei der 
Reduzierung der Spannung im unteren Bereich zu Störungen beim Leerlauf 
oder minimaler Teillast kommen. Daher würde ich diesen Bereich nach 
Möglichkeit gern außen vor lassen.

[Michael W. (miks)]

Dirk S. schrieb:
> Es geht um die Messung einer Luftmasse. Die Spannung erhöht sich
> kontinuierlich mit steigender Luftmenge
>
> 10 g/s   0,5V
> 15 g/s   0,52V
> 20 g/s   0,55V
etc.
> Ab diesem Schwellenwert kann das nachgeschaltete Steuergerät keine
> Spannung mehr verarbeiten. Ich möchte aber gern 15-20% mehr Luftmenge
> verarbeiten.

Also geht es wohl um Fahrzeug- bzw. Motortuning...

[Henrik V. (henrik_v)]

Zwei Widerstände und eine LED (rot) sollten reichen. (die greift dann 
bei ~1.8V ein, andere Farben bei höheren Werten)
Wenn er dann im roten Bereich ist, leuchtet die Diode auch noch :)

Widerstände können noch angepasst werden .. R1 zB als ein 250Ohm Poti...

Aber ob der Sensor die zusätzliche Last mag?
Wenn es rüttelt sind normale Potis auch keine gute Idee...

Aber das läuft ja im Labor unter genauer Beobachtung gelle?

Temperatur der Diode ist spielt dann auch noch rein.

[Dirk S. (dirkxkr)]

Ja das ganze ist ein Teil einer Fahrzeugsensorik.

Da muss auch nichts leuchten und es geht auch nicht um irgendeinen roten 
Bereich.
Da ich die 50 lange hinter mir gelassen habe, würde ich das Ganze als 
mein Hobby betrachten.
Wenn es um leuchtende rote Bereiche geht, bietet die moderne 
Automobilindustrie bessere Spielzeuge.
Ich würde wie eingangs geschrieben einen angepassten Sensor kaufen, aber 
den gibt es in dieser Form leider nicht.

@henrik_v vielen Dank. ich werde das in dieser Form dann mal umsetzen, 
auch wenn es kein Labor gibt. Die Ironie an der Stelle verstehe ich 
nicht wirklich.

[Michael B. (laberkopp)]

Dirk S. schrieb:
> Falls ja, wäre es möglich, das ganze grob aufzuskizzieren?

in ---+--200R-+-- out
      |       |
     7k5     1k
      |       |
      +-----TLV431
      |       |  
     12k5     |
      |       |
    Masse   Masse

[Rainer W. (rawi)]

Dirk S. schrieb:
> Was soll gemacht werden: Eine Signal (Gleich) Spannung von 0-5V soll um
> ca. 12-20% nach unten geregelt werden.
> Perfekt wäre es noch, den Bereich von 0-2V ungeregelt zu lassen und nur
> das Signal ab 2V zu regeln.

Kannst du dein Ansinnen als Übertragunskennlinie formulieren?

Dein Text hört sich so an, als ob du z.B. aus 2V wieder 2V bekommen 
möchtest, aus 2,1V dann aber irgendetwas zwischen 1,68V und 1,848V.
Das hört sich etwas merkwürdig an.
Wer entscheidet über "ca. 12-20%". Eine Elektronik kann vielleicht einen 
bestimmten Wert aus dem Bereich realisieren.

[Dirk S. (dirkxkr)]

Stimmt, dies wäre in der Tat nicht gewünscht. Daran habe ich auch nicht 
gedacht.

Die Kennlinie von 0-5V ist eigentlich perfekt.
Die Vorstellung war, ab ca. 2V eine allmähliche Abflachung zu erhalten 
und dadurch den Wert von 350g/s bei 4,9V auf 400g/s zu steigern.

[Christoph S. (155christo)]

Hallo!
Du benötigt eine Limiter Schaltung. Anbei ein Vorschlag mit einem OpAmp.
Die Schaltung limitiert eine Eingangsspannung von 6V auf ca 5V im 
Ausgang. Kleinere Spannung bis ca 4V bleiben gleich.
Für die Form der Abflachung muss man etwas mit den Widerstandswerten 
rumspielen.
Die Schaltung invertiert das Signal. Wenn das stört brauchst Du einen 
zweiten OpAmp der noch einmal invertiert.
Viel Glück bei der Bastelei!


----
blöde! Bild ist doppelt. Wie kriegt man das zweite Bild wieder weg?

[Christoph S. (155christo)]

update:
Die erste Schaltung hatte zwei Nachteile:
Sie invertierte und sie brauchte eine positive und eine negative
Versorgungsspannung. Es geht auch besser.
Die neue Schaltung limitiert etwas sanfter, sie invertiert nicht und sie
braucht nur eine Versorgungsspannung.
Dafür funktioniert sie nur mit einen OpAmp der im Eingang bis zur
unteren Rail funktioniert, also schon ab Null Volt verstärkt.
(Es gibt immer einen tradeoff)

[Georg M. (g_m)]

Verkurvung

[Stephan (stephan_h623)]

Henrik V. schrieb:
> Zwei Widerstände und eine LED (rot) sollten reichen. (die greift dann
> bei ~1.8V ein, andere Farben bei höheren Werten)
> Wenn er dann im roten Bereich ist, leuchtet die Diode auch noch :)
>
> Widerstände können noch angepasst werden .. R1 zB als ein 250Ohm Poti...
>
> Aber ob der Sensor die zusätzliche Last mag?
> Wenn es rüttelt sind normale Potis auch keine gute Idee...

Ist auf jeden Fall die einfachste und am besten aus Vorräten (eigene 
oder in der Nachbarschaft) baubare Variante.
So kritisch ist die Temperaturabhängigkeit auch nicht. Sind dann halt 
statt rechnerischen 200g/s über den Temperaturbereich 199 - 201 g/s.

Obs funktioniert steht und fällt mit dem Ausgangswiderstand des Sensors 
und dem Eingangswiderstand des Steuergeräts.