Könnte der Versuchsaufbau so funktionieren? Strommessung mit Strom-Spannungswandler?
Hallo liebe Bastler,
auf dem Bild seht Ihr einen Schaltplan der den Zweck einem Arduino eine Analoge Spannung berreit zu stellen. Diese sollte linear dem Stromverbrauch folgen.
Ein TS512 wird mit +- 12 V versorgt und soll die ganze sache betreiben. Der Arduino soll die auswertung vornehmen.
Seht Ihr Fehler? Kann ich es so aufbauen?
Mit freundlichen Grüßen Michi
2 Antworten
Nein, ist alles komplett falsch.
Der Shunt zur Strommessung muss direkt nach Masse. Der Negativspannungsregler muss mit negativer Spannung > 12V versorgt werden. Die Stromversorgung für den Arduino fehlt. Der Überspannungsschutz am A0 muss direkt und ohne widerstand nach Masse. Der erste OPamp muss als Spannungsfolger geschaltet werden beim Zweite muss die Verstärkung so eingestellt werden, das bei maximalem Strom die maximale Analogeingangsspannung des Arduino entsteht.
Wenn dui einen Rail2Rail OLpamp verwendest (z.B. LM324) dann kannst du auf die negative Versogungsspannung verzichten und die OPamp-Masse mittels eines 1:1 Spannungsteilers und einen dritten als Spannungsfolger geschalteten Opamp (im LM324 sind 4 Stk in einem Gehäuse) erzeugen. Den vierten nimmst du dann als Spannungsfolger für Ua, damit der Eingang des Arduino nicht aus der Schaltung herausgeführt ist und dadurch ESD-gefährdet ist.
- Was passiert wenn man Spannung an einen halbleiter (Z-Diode) ohne wiederstand anlegt?
- Der Arduino erhält +12V an VIN was der Interne Spannungsregler anpasst.
- Die zweite Stufe ist dafür da die negative Spannung wieder in eine Positive zu wandeln.
- Der Erste ist als Strom Spannungswandler geschalten. UA=-Ie*R1.
- Der Strom wird groß Id=Isp*e^(Ud/Ut). Der Vorwiderstand muss als Längswiderstand zwischen dem Op-Amp-Ausgang und der Z-Diode, die am Arduino Eingang liegt.
- hatte ich übersehen
- noch nicht mal vielleicht! der LM7912 ist ein Linearspannungsregler für negative Spannungen und braucht eine negative Eingangsspannung die ca. 3V negativer ist als die Ausgangsspannung von -12V. guggst du z.B. hier
- Der TDS512 ist für diese Schaltung (nahezu) ungeeignet. In deiner Schaltung muss der Strom der LED durch die Ausgangsstufe des OP-Amps bereitgestellt werden. Wenn du das Helligkeitspoti auf null Ohm stellst, wird der Strom nur durch den Rückkopplungswiderstand und den Innenwiderstand der Ausgangsstufe begrenzt. Dieser ist, um den Ausgang kurzschlußfest zu machen bei ca. 27 Ohm. Wenn du bestenfalls eine weiße LED einbaust, braucht die 3V Brennspannung, der Strom soll sich dann zu (12-3)/(300+27) = 27,5mA einstellen. Der zulässige Ausgangsstrom ist aber nur 23mA. Baust du eine Rote oder Grüne ein, müsste der OPamp 30mA liefern, was u.A. bedeutet, das am Innenwiderstand der Ausgangsstufe -10,9V anliegen. Die Endstufe kann aber bei -12V Versorgungsspannung nur bis -10V ausgesteuert werden. Bei niedriger Helligkeit wird der Strom auf ca. 1mA sinken, was dann 300mV Spannung am Rückkopplungswiderstand bedeutet. Der TDS512 hat eine Input-Offsetspannung von 2,5mV was dann zusammen mit dem in der Schaltung nicht ausgeglichenen Input-Strom-Bias fast ein Prozent Meßfehler generiert. Dieser fällt in der zweiten Verstärkerstuf nochmal an, so dass du schon bei 2% bist.
Am Ende liegt am Analogeingang des Arduino eine Spannung zwischen 0,3 bis 10V an, was den Eingangsbereich des AD-Wandlers deutlich überschreitet.
Als letzte Kritik an deiner Schaltung, am Linearspannungsregler fehlen die 100n Keramikkondensatoren die die Schwingneigung des 7912 unterdrücken. Gleiches gilt für den OPamp, an dessen Spannungsversorgungen ebenfalls die 100n Keramikkondensatoren fehlen.
Prinzipiell gibt es die Art der Schaltung schon. Wird verwendet wenn man kleine Ströme ohne den Spannungsabfall am Shunt messen möchte.
Der erste Opamp erzeugt dabei die virtuelle Masse für den Eingangsstrom und dieser wird dann von R1 in eine Spannung gewandelt die eben negativ ist. Der OPV muss dann aber den Strom aufnehmen können.
Der Arduino hat auf VIN die 12V für die Versorgung also das passt schon.
Der TS512 muss in diesem Fall aber den Strom der High Power LED aufnehmen und den in die negative Versorgungsrail ableiten, also wirklich viel Strom kannst du da dann natürlich nicht drüber schicken.
Wieso nimmst du keinen normalen Shunt Widerstand? Den musst du unter umständen gar nicht verstärken und wenn doch brauchst du nur einen nicht invertierenden Verstärker womit du dir die negative Versorgungsspannung sparen kannst.
Du solltest in dem Fall nur einen OPV nehmen der mit seinen beiden Eingängen nahe der Versorgungsspannung liegen kann.