Messgenauigkeit des Spannungsteilers mit Suppressordiode berechnen

Angenommen, Sie haben Widerstände gefunden, die sich durch genau den richtigen Betrag teilen (oder Sie haben einen Trimmpotentiometer verwendet, um dies zu erreichen), bedeutet die Tatsache, dass die Diode 1% des Gesamtstroms durch R2 leitet, dass Sie ungefähr erwarten können eine 1%ige Abnahme der Spannung an R1.

Da sich der tatsächliche Rückstrom durch D1 wahrscheinlich nicht linear mit der Eingangsspannung ändert, ist selbst dieser Fehler unsicher.

Auch die Quellenimpedanz des Signals, das Sie messen, beeinflusst die Genauigkeit Ihrer Messung.

Hinzu kommt die Eingangsimpedanz zum ADC, die den Eingang etwas beeinflusst.

Die Frage ist, nähern sich die kumulativen Fehler, die durch all diese Faktoren verursacht werden, der Bedeutung des niederwertigsten Bits des ADC Ihres Mikrocontrollers?

Ich gehe davon aus, dass Ihr ADC eine Auflösung von 10 Bit hat. Das niedrigstwertige Bit (LSB) des Konvertierungsergebnisses stellt Folgendes dar:

Das heißt, das LSB stellt 0,1 % des vollen Skalenwerts (FSR) des ADC dar. Wenn die Referenzspannung Ihres ADC 5 V beträgt, sind das 5 mV.

Wenn der Eingang zu Ihrem ADC um etwa 0,1 % falsch ist, bedeutet das LSB nichts und Ihr ADC wird zu einem 9-Bit-Wandler. Wenn Sie am Eingang des ADC einen Fehler von 1 % haben, können Sie den unteren 4 Bits der ADC-Konvertierung nicht vertrauen, und Sie haben effektiv einen 6-Bit-Konverter.

Ohne die Quellimpedanz des gemessenen Signals oder seinen Spannungsbereich zu kennen, ist es unmöglich zu sagen, ob Sie das Signal puffern müssen oder wo Sie gegebenenfalls eine Diodenklemmung durchführen sollten. Ohne die Eingangsimpedanz des ADC zu kennen, ist es unmöglich zu sagen, wo Widerstandsteiler sein sollten oder welche Widerstände akzeptabel sind. Ohne die Auflösung des ADC zu kennen (oder zumindest die Genauigkeit, die Sie für die Konvertierung benötigen), ist es unmöglich zu sagen, wie viel Verzerrung akzeptabel ist.

Ihre beste Vermutung ist wahrscheinlich, die typischen Kurven aus dem Datenblatt zu nehmen und sie nach unten zu verschieben, indem Sie die Worst-Case-Zahlen berücksichtigen, wo (dh zum aktuellen Zeitpunkt) letztere verfügbar sind. Wenn sie weit von Ihrem Betriebspunkt entfernt sind, versuchen Sie, ein Teil auszuwählen, das für Ihre Anwendung besser spezifiziert ist. Fügen Sie dann eine Sicherheitsmarge hinzu, denn Extrapolation ist ein Blutsport.

Aber im Grunde würde ich vorschlagen, diese Schaltung in den meisten Fällen vollständig zu vermeiden. Es gibt nicht genügend Informationen, um einen besseren vorzuschlagen, aber fast alles andere, was funktioniert, ist besser als die Verwendung eines Niederspannungs-Zeners zum Klemmen eines Eingangssignals. Die Zener-Toleranz bei Iz ist nur der Anfang der Probleme.

Sie müssen überprüfen, ob der Strom in der Diode zwischen Izmin und Izmax liegt:

Quelle: https://www.quora.com/What-are-the-IV-characteristics-of-a-Zener-diode

Wenn dies der Fall ist, können Sie das Verhalten der Zenerdiode wie einen Widerstand (aus dem Datenblatt) in Reihe mit einer Spannungsquelle (Vz) annähern.