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Servus,

ich möchte einen Spannungs-Strom-Wandler bauen um damit einen Analogsensor 0-5V auf 4-20mA umzusetzen. Hab mich dazu auch schon etwas eingelesen und ne passende Schaltung gesucht und mal was gesteckt.

(Hintergrund: http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=235052&page=0&category=all&order=time )

Als Schaltung verwende ich die aus dem Thread http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=32784&page=0&category=all&order=time wobei ich diese und ähnliche Schaltungen auch in anderen Quellen gefunden habe.

» »
»
» na dann mache ich mal ein teil deiner hausaufgaben:
» Ia=Ue/R1*(1+R2/R3)
» -> R1=Ue/Ia = (mittelwertsbildung!!!)
» R1=((4,5-0,5)/2 )/((20-4)/2)
» R1= 2V/8mA =250 ohm
»
» R2 errechnest du über die rückkopplung und R3 über die spannung am
» mittenpunkt des spannungsteilers(R2/R3) und den strom, der durch ihn
» geht(Ia)....
» soweit klar?

R1 = 312,5Ohm also 300Ohm oder 316Ohm - Wird ausprobiert

Ich finde aber keine Formel mit der ich die Rückkopplung berechnen kann. Spannungsteiler-Formel bekomm ich dann wieder selber auf die Reihe.

Als OpAmp verwende ich momentan einen TCA520B (hätte auch noch einen LM358N da, falls der TCA total unpassend sein sollte und der LM geeigneter ist) aber es muss weder eine 1:1 Umwandlung von U nach I noch die perfekte Schaltung sein. Ist im Moment nur um etwas damit zu basteln und ein bisschen was davon zu verstehen.

» R1 = 312,5Ohm also 300Ohm oder 316Ohm - Wird ausprobiert
Auch wenn du hier mit der Stromdifferenz rechnest, weiß das der OPV ja noch nicht. Für den sind 0V eben 0V.

» » R1 = 312,5Ohm also 300Ohm oder 316Ohm - Wird ausprobiert
» Auch wenn du hier mit der Stromdifferenz rechnest, weiß das der OPV ja noch nicht. Für den sind 0V eben 0V.
Ok, ich denke ich sehe den Denkfehler... Dann halt Umin=0,1V oder 0,5V. Momentan gehts mir eigentlich nur drum irgendwie x..y V auf a..b mA (bevorzugt mit a=4 b=20) abzubilden und dafür die Widerstände zu berechnen.

» Dann halt Umin=0,1V oder 0,5V.
Ändert an dem Problem nichts, dass die Schaltung ungeeignet ist.

Ich hab da mal eben was vorbereitet


Die Eingangsspannung von 0..5V wird zunächst auf 0,4V..2V gewandelt: U_Regel=0,32U_in+0,4

Mit dieser Spannung wird dann eine Konstantstromquelle "in Standard-Schaltung" gefüttert.

2V über dem Messwiderstand ist recht großzügig gewählt, lässt sich aber bei Bedarf leicht ändern.

» Servus,
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» ich möchte einen Spannungs-Strom-Wandler bauen um damit einen Analogsensor
» 0-5V auf 4-20mA umzusetzen. Hab mich dazu auch schon etwas eingelesen und
» ne passende Schaltung gesucht und mal was gesteckt.
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» (Hintergrund:
» http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=235052&page=0&category=all&order=time
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» Als Schaltung verwende ich die aus dem Thread
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» wobei ich diese und ähnliche Schaltungen auch in anderen Quellen gefunden
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» » Ia=Ue/R1*(1+R2/R3)
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» » geht(Ia)....
» » soweit klar?
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» R1 = 312,5Ohm also 300Ohm oder 316Ohm - Wird ausprobiert
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» Ich finde aber keine Formel mit der ich die Rückkopplung berechnen kann.
» Spannungsteiler-Formel bekomm ich dann wieder selber auf die Reihe.
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» Als OpAmp verwende ich momentan einen TCA520B (hätte auch noch einen LM358N
» da, falls der TCA total unpassend sein sollte und der LM geeigneter ist)
» aber es muss weder eine 1:1 Umwandlung von U nach I noch die perfekte
» Schaltung sein. Ist im Moment nur um etwas damit zu basteln und ein
» bisschen was davon zu verstehen.

Warum nimmst du nicht eine U-I Schaltung mit einem OP
Das Problem 0 - 5V nach 4-20 mA wird im Netz mehrfach behandelt
Gibt fertige IC dafür
Schau mal nach U-I Wandler oder 5V 40 mA im Netz
Oder ist das einfach nur eine Rechenaufgabe ?

» » Servus,
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» » ich möchte einen Spannungs-Strom-Wandler bauen um damit einen
» Analogsensor
» » 0-5V auf 4-20mA umzusetzen. Hab mich dazu auch schon etwas eingelesen
» und
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» » wobei ich diese und ähnliche Schaltungen auch in anderen Quellen
» gefunden
» » habe.
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» » » na dann mache ich mal ein teil deiner hausaufgaben:
» » » Ia=Ue/R1*(1+R2/R3)
» » » -> R1=Ue/Ia = (mittelwertsbildung!!!)
» » » R1=((4,5-0,5)/2 )/((20-4)/2)
» » » R1= 2V/8mA =250 ohm
» » »
» » » R2 errechnest du über die rückkopplung und R3 über die spannung am
» » » mittenpunkt des spannungsteilers(R2/R3) und den strom, der durch ihn
» » » geht(Ia)....
» » » soweit klar?
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» » R1 = 312,5Ohm also 300Ohm oder 316Ohm - Wird ausprobiert
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» » Ich finde aber keine Formel mit der ich die Rückkopplung berechnen kann.
» » Spannungsteiler-Formel bekomm ich dann wieder selber auf die Reihe.
» »
» » Als OpAmp verwende ich momentan einen TCA520B (hätte auch noch einen
» LM358N
» » da, falls der TCA total unpassend sein sollte und der LM geeigneter ist)
» » aber es muss weder eine 1:1 Umwandlung von U nach I noch die perfekte
» » Schaltung sein. Ist im Moment nur um etwas damit zu basteln und ein
» » bisschen was davon zu verstehen.
»
» Warum nimmst du nicht eine U-I Schaltung mit einem OP
» Das Problem 0 - 5V nach 4-20 mA wird im Netz mehrfach behandelt
» Gibt fertige IC dafür
» Schau mal nach U-I Wandler oder 5V 40 mA im Netz
» Oder ist das einfach nur eine Rechenaufgabe ?

es währe noch zu klären ob der ui wandler massebezogen oder nicht massebezogen sein soll

» » Dann halt Umin=0,1V oder 0,5V.
» Ändert an dem Problem nichts, dass die Schaltung ungeeignet ist.
»
» Ich hab da mal eben was vorbereitet
Danke, mit der Schaltung hast du mich etwas erschlagen

Mit den beiden Symbole im Bild kann ich nicht so recht was anfangen, kannst du mir sagen was die bedeuten?

Dann würde ich die Schaltung einfach mal zusammenstecken und schauen was passiert.

» Warum nimmst du nicht eine U-I Schaltung mit einem OP
Ich dachte so eine hätte ich gefunden?

» Gibt fertige IC dafür
Danach hab ich zuerst gesucht und auch was gefunden. Aber erst ab zehn Euro pro Chip, da kann ich auch nen billigen µC mit ADC an den Sensor hängen und die Messwerte digital übertragen. Darum bin ich dann auf die Suche nach ner passenden Schaltung gegangen.

» Schau mal nach U-I Wandler oder 5V 40 mA im Netz
Hab ich gemacht, da gibt es schon was aber die Foren-Threads übersteigen entweder mein e-tech-Kentnisse oder kommen zu keinem Ergebnis (oder beides). Hab auch ein paar Artikel gefunden aber da fehlt die Erklärung welche Formeln ich brauche um die Widerstände zu berechnen oder sie behandeln eher das Thema KSQ mit OpAmp. Sehr viel finde ich über I-U-Wandler um 4..20mA-Sensoren auszulesen, aber wie man so nen Sensor selber baut hab ich nicht gefunden.

» Oder ist das einfach nur eine Rechenaufgabe ?
Naja Ziel ist eigentlich mal ein bisschen mit analogen Sensoren und Stromschleifen zu experimentieren.

» es währe noch zu klären ob der ui wandler massebezogen oder nicht massebezogen sein soll
Wenn ich das richtig verstanden habe, dann hab ich +5V = Vcc und 0V = GND = Masse(?)

Ich glaub ich schreib in Zukunft immer "Arduino" mit in den Betreff, damit man gleich sieht wie umfangreich meine E-Tech-Kentnisse sind

» Mit den beiden Symbole im Bild kann ich nicht so recht was anfangen, kannst
» du mir sagen was die bedeuten?
Das runde Teil ist eine Spannungsquelle, das Dreieck stellt das Bezugspotential (in diesem Fall GND) der Schaltung dar.

400mV (Referenz)Spannungsquellen gibt es zwar zu kaufen, sind aber verhältnismäßig teuer.
Du kannst für den Anfang die Spannung auch von der 5V-Schiene des Arduino nehmen, mit einem Spannungsteiler entsprechend herunterteilen und mit dem letzten freien OPV im LM324 puffern (Stichwort für Google: Impedanzwandler).
Eine günstige Referenzspannungsquelle wäre die LM336Z-2.5
Heruntergeteilt und gepuffert werden muss die Spannung hierbei aber ebenfalls.

» » es währe noch zu klären ob der ui wandler massebezogen oder nicht
» massebezogen sein soll
» Wenn ich das richtig verstanden habe, dann hab ich +5V = Vcc und 0V = GND =
» Masse(?)
»
Wenn ich es richtig verstehe, soll auch der Ausgangsstrom auf Masse bezogen sein.
Die Schaltung von Offroad GTI Habe ich mal mit einer anderen Stromwandlerschaltung bestückt.



edit.:
Über den 10kOhm Einstellregler muss noch ein 10kOhm Widerstand eingefügt werden, damit für den LM385 auch noch etwas Strom übrig bleibt! Was auch die Einstellung etwas verfeinert. Oder man nimmt ein LM385 1,2 mit der Refferensspannung von rund 1,2V

» » Mit den beiden Symbole im Bild kann ich nicht so recht was anfangen,
» kannst
» » du mir sagen was die bedeuten?
» Das runde Teil ist eine Spannungsquelle, das Dreieck stellt das
» Bezugspotential (in diesem Fall GND) der Schaltung dar.
»
» 400mV (Referenz)Spannungsquellen gibt es zwar zu kaufen, sind aber
» verhältnismäßig teuer.
» Du kannst für den Anfang die Spannung auch von der 5V-Schiene des Arduino
» nehmen, mit einem Spannungsteiler entsprechend herunterteilen und mit dem
» letzten freien OPV im LM324 puffern (Stichwort für Google:
» Impedanzwandler).
» Eine günstige Referenzspannungsquelle wäre die LM336Z-2.5
» Heruntergeteilt und gepuffert werden muss die Spannung hierbei aber
» ebenfalls.
Vielen Dank für die Schaltung und die Erklärung. Jetzt versteh ich das ein kleines bisschen besser. Damit werde ich noch ein paar Tage beschäftigt sein

» » » es währe noch zu klären ob der ui wandler massebezogen oder nicht
» » massebezogen sein soll
» » Wenn ich das richtig verstanden habe, dann hab ich +5V = Vcc und 0V = GND
» =
» » Masse(?)
» »
» Wenn ich es richtig verstehe, soll auch der Ausgangsstrom auf Masse bezogen
» sein.
» Die Schaltung von Offroad GTI Habe ich mal mit einer anderen
» Stromwandlerschaltung bestückt.
»
»
»
» edit.:
» Über den 10kOhm Einstellregler muss noch ein 10kOhm Widerstand eingefügt
» werden, damit für den LM385 auch noch etwas Strom übrig bleibt! Was auch
» die Einstellung etwas verfeinert. Oder man nimmt ein LM385 1,2 mit der
» Refferensspannung von rund 1,2V
Vielen Dank für die angepasste Schaltung. Die werde ich auch ausprobieren. Jetzt bestell ich erstmal ein paar Bauteile

Servus Bastlerfix,

hier habe ich dir zwei Beispiele von Schleifenverstärkern zusammen gestellt.



Der Punkt:
du willst doch remote Sensoren über deine CAT5 (oder CAT6) Kabelei montieren.
Nun, mit diesen beiden Beispielen geht das.
Der eine hat einen Eingang gegen Sensor_GND (0Volt)
Der andere hat eine Sensorbrücke vorgesetzt, mit Instrumentenvestärker als Buffer.

In beiden Fällen hast den Schleifenverstärker 4-20mA mit Phantomspeisung.
Das ist genau der Grund für so eine Anordnung.
Weil, sonst brauchst auch mehr Kabeladern.
Die Schleife geht durch ein verdrilltes Adernpaar und wird am Lastwiderstand abgegriffen.
Am Lastwiderstand brauchst dann einen Transimpedanzverstäker, der den Strom zu einer Spannung umwandelt, die dann zum ADC geht.

Mit dem AD8420 hast vorne einen Spanungsteiler, ähnlich beim Voltmeter, damit zu zB 0-5V oder 0-10V dort anlegen kannst.
Der ADR02 ist eine Referenz von 5,000 Am Ausgang.
Die Spannungsversorgung kann zw. 12 und 36V sein, also sehr weitreichend.
Probiere auch zB eine 9V Blockbatterie, eventuell könnte das auch als unterstes Limit gehen; bzw. müsste man einige Widerstände anpassen.
Aber, wenn 12bis ist, ist das schon ...na.. probieren....

Mit dem ADA4091-2 - ist ein OPAMP, kannst den Schleifenamp machen und! den zweiten freien im Häubchen kannst nun fein für eine Sensorbrücke verwenden.
Auch hier hast eine Referenz notwendig.
Da hier nun aber an der Brücke sehr wenig Spannung am Abgriff anliegt, brauchst einen entsprechenden Instrumentenverstärker; mit dem AD8226 zB als solchen.
Der R3 mit 1,008kOhm stellt die Verstärkung ein, V50.
-> Hier sind nun eben 3 Funktionsmodule eingebaut.
1 - Brücke mit Stromquelle (ADA4091-2 erste Hälfte)
2 - Instrumentenamp AD8226
3 - Schleifenamp - ADA4091-2 zweite Hälfte mit Treibertransistor ZXT13N50DE6 (Zetex, bzw. Diodes)

Am Lastwiderstand - greift der OPAMP als Vorverstärker für den ADC ab.

Suche Transimpedanzverstärker...

Hier im ELKO hat Thomas eine tollen Minikurs vorgestellt, Operationsverstärker (I-U_Amp inklusive):
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa1.htm

In einem deiner früheren Threads angeknüpft:
du wolltest einen LDR mit OPAMP als Lichtsensor remote durch CAT Kabel machen.
Mit der obigen Schaltung, zB der ersten, geht das.
Du kannst einen LDR_Rvor-Spannungsteiler entweder gegen GND, oder plus schalten.
Der LDR ändert bei anleuchten seinen R_Wert, der mit dem OPAMP_U_aus den Schleifenverstärker mit der Spannungsänderung entsprechend antreibt.
Dann wird diese in den Strom umgewandelt und in die Leitung geschrieben.
Am Ende wird mit dem Schunt (Load_R) eine entsprechende Spannung abgegriffen und am Ausgang zum ADC, oder sonst wo hin geführt.
So kannst nun auch mehr als deine gewünschten 10m Kabel überbrücken.
Vorteil zudem - ein CAT Kabel hat ja 4 Paare und den Schirm.
Somit kannst 4 Sensorgruppen wo anbauen, und einen µC mit 4 ADC-Kanälen bedienen; zB Atmel, oder PIC.

ZXT13N50DE6; Transistor
http://www.farnell.com/datasheets/73091.pdf
http://at.farnell.com/diodes-inc/zxt13n50de6/transistor-npn-sot23-6/dp/9525394

AD8420; Instrumentenverstärker
http://www.farnell.com/datasheets/1887448.pdf
http://at.farnell.com/analog-devices/ad8420armz/amp-instrumenten-rro-8msop/dp/2081031

AD8226;
http://www.farnell.com/datasheets/1790003.pdf
http://at.farnell.com/analog-devices/ad8226arz/ic-instr-verst-rker-r-r-lp-13ma/dp/1827360

ADR02;
http://www.farnell.com/datasheets/1536598.pdf
http://at.farnell.com/analog-devices/adr02aujz/spannungsreferenz-reihe-5v-tsot/dp/2067814

ADA4091-2;
http://www.farnell.com/datasheets/1780733.pdf
http://at.farnell.com/analog-devices/ada4091-2arz/op-amp-1-27mhz-0-46v-us-nsoic/dp/2376743

Achtung dabei:
der Schleifen_GND darf nicht mit dem Schirm zusammengeführt werden, sonst wird ein Fehlstrom eingeprägt.
Schirm ist die Erde, sonst nix. Schleifen_GND ist Signal_GND (zB. wie bei RS-232, pin 7; aber Erde auf Häubchen).

Viel Erfolg
Grüße
Gerald
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--
...und täglich grüßt der PC:
"Drück' ENTER! Feigling!"

» In beiden Fällen hast den Schleifenverstärker 4-20mA mit Phantomspeisung.
»
» Achtung dabei:
» der Schleifen_GND darf nicht mit dem Schirm zusammengeführt werden, sonst
» wird ein Fehlstrom eingeprägt.
» Schirm ist die Erde, sonst nix. Schleifen_GND ist Signal_GND

Hallo Gerald,
so wie ich das jetzt sehe brauch Bastelix keine Stromquelle, wie in meinem Vorschlag, Sondern eine Stromsenke. Schade das Bastelix keine angaben dazu machen konnte.
Das ist aber nicht mein Problem.

In den von dir aufgezeigten Schaltungen sehe ich nicht, wo und wie der Schleifengrund von der Betriebsmasse getrennt wird bzw. ist. Der Strom währe ja ziemlich blöd, wenn er über den Beschwerlichen Weg des Strombestimmenden Widerstandes (R8 bzw. R9) fließen würde, wenn doch Am Emitter des Transistors auch der PCB Grund verfügbar ist.
Mit meiner blöden Frage will ich keine Kritik üben! Mir fehlt aber das Verständnis für diese Phantom-Schleifenwirtschaft. Oder wird der Strom der ICs zum Schleifenstrom dazu addiert? Kann ich mir nicht vorstellen (Messgenauigkeit)
Bei Google habe ich nichts gefunden, was mich aufklären würde.

edit.
Ich glaube ich hab’s!
Die 4mA Grundstrom werden vom Messsystem Erfasst. So, dass der Betriebsstrom der Schaltung, in diese 4mA integriert wird.

Servus Gerald,

WOW! Vielen Dank für die Schaltungen und die ausführliche Antwort. Damit werd ich noch einige Zeit beschäftigt sein