Nehmen Sie die Spannung ohne Verzerrung aus einem Spannungsteiler

In den (vereinfachten) Schaltplänen unten möchte ich die Spannung an Punkt A mit einem Instrument messen, das ich an Punkt B anschließen muss.

Schema

Das Problem ist, dass sich der Spannungsteiler ändert, wenn ich einfach einen Draht zwischen A und B hinzufüge (von V / 1000 -> V / 100000). Gibt es eine Möglichkeit, das zu tun? (eine Komponente, ...)

Auf dem Schaltplan habe ich alles gezeichnet, was ich nicht ändern kann (keine Kontrolle), aber ansonsten bin ich "frei", zu tun, was es braucht.

EDIT Antworten auf ein paar Fragen:

  • Ich "stecke" nichts manuell an B. Es gibt eine Art Analog-Digital-Wandlerschaltung, die immer da ist, und einen Mikrocontroller, der damit spricht
  • V ist 220V-Alternative (Strom „direkt aus der Wand“)
  • Der eigentliche Schaltplan ist SEHR GROSS, und dies ist ein vereinfachter Fall, mit dem ich auch in anderen Projekten zu kämpfen hatte
Können Sie aktive Komponenten wie Transistoren oder ICs verwenden?
ja, alles was ich will
@Thomas Was ist die maximale Spannung, die Sie über die 10Ω anlegen?
Verwenden Sie einen Operationsverstärker in einer Follower-Konfiguration.
Was meinen Sie, wenn Sie sagen, dass Sie das Instrument an Punkt B "anstecken" müssen?
Sie könnten eine Sample-and-Hold-Technik verwenden - schalten Sie einen geerdeten Kondensator auf A und lassen Sie ihn aufladen, und nehmen Sie beim Zurückschalten auf B eine sofortige Messung vor - selbst eine etwas späte Messung (Kapazitätsentladung) kann nachträglich berechnet werden, wenn Sie die Exponentialfunktion kennen zerfallendes Zeug.
Warum hast du einen vereinfachten Schaltplan gepostet? Was gibt es noch, was Sie nicht zeigen? Und wie groß ist die Reichweite von V?
Was meinst du mit keine Kontrolle an?
@PhilFrost Ich habe meine Frage bearbeitet
@scld Ich kann weder den Spannungsteiler noch den 10-Ohm-Widerstand noch den Punkt B und das Ding, das ihn misst, ändern
@NickAlexeev Ich habe meine Frage bearbeitet: 220-V-Alternative
Sollte die am Punkt B ankommende Spannung eine Wechselspannung sein oder kann es auch eine gleichgerichtete Spannung sein? Ist der Spannungspegel, der Punkt B erreicht, wichtig oder spielt es keine Rolle, solange er gemessen werden kann? Was sind die verfügbaren DC-Versorgungsspannungen in Ihrem Gerät?
@alexan_e Spannung in B muss gleich Spannung in A sein. Es ist wichtig, es zu wissen. (Der Widerstand von 1k ist unbekannt, liegt aber zwischen 0 und 1k). Es gibt auch eine 5-V-Gleichstromversorgung
Die akzeptierte Antwort wird Ihr Problem nicht lösen. Punkt A kann irgendwo zwischen 0 V und 2,2 V AC liegen, diese Spannung muss ohne Änderung an B angelegt und auch genau gemessen werden. Außerdem steht Ihnen keine symmetrische Spannung zur Verfügung, die den Puffer mit Strom versorgen könnte.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "Punkt B können irgendwo zwischen 0 und 2,2 liegen" meinen. Der OpAmp in dieser Konfiguration erzwingt Vout=Vin nicht?
Sie sagten in den Kommentaren, dass der untere Widerstand des Teilers unbekannt ist und 0 bis 1 k betragen kann, sodass A 0 bis 2,2 V betragen kann. Die Verwendung eines Operationsverstärkers zur Verstärkung einer Wechselspannung mit einer einzigen Schienenversorgung wird meiner Meinung nach ein Problem sein. Wenn Sie einen Offset anwenden, können Sie das Problem möglicherweise lösen, obwohl der maximale Hub von 2,2 V AC (Spitze zu Spitze) mehr als 5 V beträgt.
@alexan_e Spannung wird von -0,2 bis 0,2 V sein, ändert es etwas oder nicht? ist Ihre Sorge um den 5-V-Bereich des Operationsverstärkers oder etwas anderes?
Bei meiner Berechnung ist etwas schief gelaufen, Sie haben Recht, es sind nur 0 bis 0,22 V. Sie müssen dem Eingang noch einen Offset hinzufügen, um die negative Spannung zu handhaben, und einen Entkopplungskondensator verwenden, um ihn am Ausgang loszuwerden.
Vielleicht ein Nitpick, aber die 10 Ω Widerstand verursacht von Natur aus keine Verzerrung, sondern reduziert das Signal nur um etwa 100:1.

Antworten (2)

Diese Frage wird üblicherweise mit einem Trennverstärker beantwortet . Das Ziel der Pufferverstärkerschaltung ist es, einen Eingang mit hoher Impedanz und einen Ausgang mit niedriger Impedanz zu haben.

Eine sehr übliche Methode, dies zu tun, besteht darin, einen OpAmp in einer Spannungsfolgerkonfiguration zu verdrahten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein( Quelle des Bildes)

Einfach ausgedrückt, wenn Sie den Spannungsteiler an V in anschließen und die 10 Ω zwischen V out und Masse anschließen , "sieht" der Spannungsteiler die zusätzlichen 10 Ω parallel zu 1 kΩ nicht.

Bearbeiten Das potenzielle Problem mit 10 Ω (Last mit niedriger Impedanz) besteht darin, dass es Strom ( I = V out / R load ) aus dem OpAmp-Ausgang
zieht und der OpAmp in der Lage sein muss, ihn zu liefern.

  • Nehmen wir ein Szenario an, in dem die Spannung nach dem Teiler 0,5 V beträgt. Dann muss der OpAmp 50 mA Ausgangsstrom liefern. Dies fällt in die Spezifikationen eines typischen Vanilla-OpAmps.
  • Nehmen Sie ein anderes Szenario an, in dem die Spannung nach dem Teiler 6 V beträgt. Dann muss der OpAmp 600 mA Ausgangsstrom liefern. Dies liegt außerhalb der Spezifikation eines typischen OpAmp (obwohl dies immer noch mit einer zusätzlichen Hochstromstufe erreicht werden kann).

Übrigens. Ich wage zu vermuten, dass Sie nach Ihrem 1: 1001-Spannungsteiler maximal 0,312 V haben, wenn Sie 220 VAC an den Spannungsteiler anlegen. 220 VAC ist ein Effektivwert.

Ein 10-Ohm-Widerstand ist für einen generischen Operationsverstärker keine leichte Last, zumindest nicht, wenn der Spannungspegel höher als ein paar Volt ist.
@alexan_e Ich stimme zu. Trotzdem ist dies ein vernünftiger Ausgangspunkt für das OP.
Also wird das ok sein? Die Eingangsspannung beträgt max. 0,2 V
@alexan_e Was du sagst, sieht interessant aus. Können Sie etwas mehr über das 10-Ohm-Problem sagen? Danke

Das macht Spaß: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Kondensator wird zunächst an Punkt A angeschlossen und kann sich aufladen, sobald die Kappe auf Position B wechselt, sollte eine Messung vorgenommen werden. Es hilft, wenn die Kappe einen ziemlich großen Wert hat, sodass sie sich zum Zeitpunkt der Messung bei B nicht sehr stark entladen hat. Ich denke hier an einen schnellen ADC und einen 10uF-Kondensator.

Die CR-Ladezeit ist viel langsamer als die Entladezeit. Vielleicht können Sie auch zwischen A und B oszillieren und die Lade- und Entladeneigungen vergleichen, um eine Antwort zu erhalten.

Vielen Dank für diese intelligente Lösung, aber (ich habe meine Frage bearbeitet) Ich möchte nicht nur eine Messung von Hand durchführen
@Thomas Meine Antwort funktioniert besser, wenn sie automatisiert ist - ein analoger Schalter kann den Kondensator von Punkt A nach Punkt B "bewegen", und sobald er sich bewegt, kann ein ADC eine Umwandlung durchführen. Angesichts der Tatsache, dass analoge Schalter einen Widerstand ungleich Null Ohm haben, gibt es tatsächlich einen Potentialteiler mit den 10 Ohm, der jedoch durch einen Kalibrierungszyklus berücksichtigt werden kann, der eine bekannte Spannung in den Kondensator einspeist (wenn er mit Punkt A verbunden ist ).
Tatsächlich kann der Kalibrierungszyklus mit der an Punkt B eingespeisten Spannung stattfinden - sobald Sie die erzwungene Kalibrierungsspannung (die den Kondensator aufgeladen hat) entfernen, fällt die Spannung sofort ab und fällt dann ab. Der Droop gibt den Einschaltwiderstand des Analogschalters an. Bei Verwendung dieser Methode müssen nur ein Punkt B und mehrere Punkt A-Knoten vorhanden sein, falls dies hilfreich ist.
@Andyaka Mir gefällt wirklich, wie du unser Leben vereinfachst !!!!
Nehmen Sie die Spannung ohne Verzerrung aus einem Spannungsteiler
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