Ausgangsverhalten invertieren

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Autor
Ausgangsverhalten invertieren

    







BID = 1006292

St_W

Gelegenheitsposter



Beiträge: 55
Wohnort: Österreich
 

  


Hallo,

ich habe zwei Geräte, die ich gerne Verbinden würde, aber das Ausgangsverhalten passt nicht zum Eingang des zweiten Geräts. Ich kanns - wie man vermutlich auch bereits am Titel bemerkt - nicht gut beschreiben, daher hier ein simpler Graph:


Y-Achse ist Spannung von 0 bis ca. 3.3V
X-Achse ist ein einstellbarer Wert, sagen wir einfach von 0 bis 100%

Blau (f(x)) ist das Ausgangssignal.
Rot (g(x)) ist das erwartete Eingangssignal für den jeweiligen Einstellungswert.

Wie kann man das Signal entsprechend umwandeln?
(bzw. wie kann man als Schaltung umsetzen?)

Danke!

BID = 1006294

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12741
Wohnort: Cottbus

 

  

Klassischer Fall für einen OPV, denn genau dafür wurden sie erfunden.

Du brauchst bloß eine Referenzspannung von 3,3V, und lässt den OPV die Eingangsspannung subtrahieren. Diese Lösung hast du ja schon in Form der Gleichung g(x)=3,3-x aufgeschrieben



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1006298

St_W

Gelegenheitsposter



Beiträge: 55
Wohnort: Österreich

Hallo & Danke für die Antwort.

Ich habe leider von Schaltungsdesign keine Ahnung und auch die Funktionsweise von Operationsverstärkern ist mir völlig neu.

Habe mich daher ein wenig eingelesen und vermute dass ich eine Schaltung brauche, wie auf folgenden Seiten beschrieben:
https://de.wikipedia.org/wiki/Subtrahierer
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/subtra.html

Bild eingefügt

Da ich keine Verstärkung o.ä. brauche muss wohl R1 = R2 = R3 = R4 sein. Aber wie groß müssen die Widerstände sein bzw. brauche ich die überhaupt alle?

So wie ich sehe muss ich weiters die 3.3V auf den + Eingang vom OPV und den Signalausgang auf den - Eingang vom OPV hängen.

Wie könnte nun ein konkreter Schaltungsaufbau aussehen? Welchen OPV brauche ich? Wenn ich z.B. bei Conrad nach "Operationsverstärker" suche kommen da über 5000 verschiedene Teile ...

BID = 1006301

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12741
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Habe mich daher ein wenig eingelesen und
Das hört man gerne.


Zitat :
wie auf folgenden Seiten beschrieben:
So sieht das aus.


Zitat :
Da ich keine Verstärkung o.ä. brauche muss wohl R1 = R2 = R3 = R4 sein.
Jup.

Zitat :
Aber wie groß müssen die Widerstände sein bzw. brauche ich die überhaupt alle?
Ja, du braucht alle (vier - ^hust^). Der Wert ist nicht kritisch, alles im Bereich 1k...100k wird funktionieren. Kommt auch darauf an, wie Stromintensiv die Geschichte sein darf (Batteriebetrieb?).


Zitat :
So wie ich sehe muss ich weiters die 3.3V auf den + Eingang vom OPV und den Signalausgang auf den - Eingang vom OPV hängen.
Nein, an die Widerstände vor den jeweiligen Eingängen


Zitat :
Welchen OPV brauche ich?
Kommt darauf an.
Wie genau soll es werden?
Welche Versorgungsspannung steht zum Betrieb des OPV zur Verfügung?
Wo kommt das Eingangssignal her?



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1006311

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5320


Zitat : St_W hat am 23 Nov 2016 13:30 geschrieben :
Da ich keine Verstärkung o.ä. brauche muss wohl R1 = R2 = R3 = R4 sein.
Es gibt auch fertige Differenzverstärker mit eingebauten Widerständen, z.B. den INA105 (1:1 Verstärker). (Stichwort wäre 'Unity Gain Differential Amplifier')
Brauchst du den Bereich ab 0,00 V oder kann es auch erst etwas später anfangen? Bei ersterem wirst du wahrscheinlich eine negative Betriebsspannung brauchen oder nach einem 'Rail-to-Rail Amplifiers' schauen müssen.

BID = 1006314

St_W

Gelegenheitsposter



Beiträge: 55
Wohnort: Österreich

@Offroad GTI:
Es geht um die Steuerung des LED-Backlights eines LCD-Displays. d.h.:

- Strom"verbrauch" ist nicht kritisch, da Netzbetrieb
- hinsichtlich Genauigkeit gibts auch keine großen Anforderungen. Einzig: Stabil sollte das Ergebnis sein - also nicht groß schwanken wenn einmal eingestellt
- als Versorgungsspannung stehen 12V und 5V zur Verfügung
- Eingangssignal kommt vom Display Controller; welche Anforderungen muss es denn erfüllen?

Kann bei der Schaltung die Ausgangsspannung eigentlich auch negativ werden?
(ich hab (noch) keine Ahnung wie sich das auf den Backlight Controller auswirkt)


@BlackLight:
INA105 scheinen schwerer zu bekommen zu sein, bei Conrad finde ich auf die schnelle mit dieser Bezeichnung keinen. Außerdem scheinen die ICs auch relativ teuer zu sein - im Vergleich zu dem was bei einer Suche nach "Operationsverstärker" kommt.
Vielleicht hab ich aber auch nur falsch gesucht?

Der Ausgang sollte schon bis etwa 0.0V runter gehen denke ich. Eingangsseitig ist dieser Bereich wohl nicht so wichtig.

---

Danke für die Antworten!


[ Diese Nachricht wurde geändert von: St_W am 23 Nov 2016 17:20 ]

BID = 1006332

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12741
Wohnort: Cottbus


Zitat :
- Eingangssignal kommt vom Display Controller; welche Anforderungen muss es denn erfüllen?
Er muss einen niederohmigen Ausgang haben. Ich kenne zwar den Controller nicht, würde aber davon ausgehen, dass dies der Fall ist. Sicherheitshalber kann ja noch ein Impedanzwandler vorgesehen werden.


Zitat :
Kann bei der Schaltung die Ausgangsspannung eigentlich auch negativ werden?
Wenn du eine negative Versorgungsspannung hast, dann ja.


Zitat :
Außerdem scheinen die ICs auch relativ teuer zu sein
Ja, das sind sie. Ich würde auch nicht zu so einem raten, da im Falle eines versehentlichen Ablebens gleich mal um die 5€ hin sind.


Zitat :
Der Ausgang sollte schon bis etwa 0.0V runter gehen denke ich.
Wenn dir auch knapp über 0V genügen (sagen wir um die 100mV), kannst du einen Waldundwiesen-OPV ala LM324 nehmen.

Aussehen könnte dies dann bspw. so:



Wie du siehst, gibt es dort keine Widerstände mehr am nichtinvertierenden Eingang. Diese wurden durch die Referenzspannungsquelle und das Potentiometer ersetzt. Es ist einzig von Bedeutung, dass an dem Eingang eine Spannung in Höhe von 3,3V/2 anliegt.



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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 23 Nov 2016 19:31 ]

BID = 1006333

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17434

Leute nun lasst mal die Kirche im Dorf, jeder invertierende OPV ist dafür geeignet, sofern er nahe genug an 0V herankommt. Zur Not erzeugt man mit einer 2V-Z-diode eben die negative Hilfsspannung aus der Versorgungsspannung des OPV und 2 simple R reichen dann auch !
Bei 2 gleich großen R arbeitet der invertierende OPV mit einer Verstärkung von -1 !
Edit: und wer es genau mag kann auch mit einem DC/DC Wandler 2 symmetrische Spannungen für den OPV erzeugen und die negative Ausgangsspannung mit einer Diode auf -0,7V klemmen!

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Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 23 Nov 2016 19:37 ]

BID = 1006338

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17434

Kleiner Denkfehler, du benötigst für den OPV eine symmetrische Versorgungsspannung ! Der OPV versucht auf Teufel komm raus an seinen beiden Eingängen gleiches Potential zu erreichen. Wenn du nun an - nach GND 3,3 V anlegst muss er seinen Ausgang auf -3,3 V nach GND fahren um den Invertierenden Eingang auf das Gleiche 0V Potential wie am + Eingang zu bringen.
Edit: so geht es mit symmetrischer Spannung

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Wie gesagt es gibt auch DC/DC Wandler die aus einer Versorgungsspannung eine Symmetrische Versorgungsspannung machen
ZB Dieser macht aus 5 V +-5V https://www.conrad.de/de/dcdc-wandl.....tails


[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 23 Nov 2016 20:29 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 23 Nov 2016 20:36 ]

BID = 1006339

Offroad GTI

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Beiträge: 12741
Wohnort: Cottbus

Und was fängst du dann mit den -3,3V an?




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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 23 Nov 2016 20:55 ]

BID = 1006341

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17434

ich bin davon ausgegangen, das er die Eingangsspannung nur invertieren wollte. Er will aber bei steigender Eingangsspannung eine fallende Ausgangsspannung.
Dafür muss er dann doch den nicht invertierenden Eingang auf die halbe max Eingangsspannung anheben, und die Eingangsspannung invertieren. Bezugspunkt in meiner Schaltung ist GND, und in der von Offroad der nicht invertierende Anschluss am OPV der über R2 und R6 auf ein höheres Potential gegenüber GND angehoben wird.

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BID = 1006356

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Wie kann man das Signal entsprechend umwandeln?
Wenn es von einem Poti erzeugt wird, brauchst du nur die Enden des Potis zu vertauschen.

BID = 1006621

St_W

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Beiträge: 55
Wohnort: Österreich

Hallo und Danke für die vielen Antworten!


Zitat :
perl hat am 24 Nov 2016 08:40 geschrieben :

Wenn es von einem Poti erzeugt wird, brauchst du nur die Enden des Potis zu vertauschen.
Das Signal wird anhand einer digitalen Einstellung erzeugt, daher ist das wohl leider für mich hinfällig.

Wenn ich mir die letzten Beiträge so durchlese ist mein Vorhaben doch etwas komplizierter als ich ursprünglich erhofft hatte. Ich muss mir jetzt erstmal die Schaltung von "Offroad GTI" (vielen Dank!) genauer anschaun und verstehen. Ich habe vor zu versuchen sie in LTspice o.ä. nachzubauen und zu simulieren.


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