Die A/D-Wandler-Schaltung mit Operationsverstärker :


 

Anmerkungen:

Als Stromversorgung wird ein kleines Steckernetzteil verwendet. Die Schaltung verbraucht recht wenig Strom, deshalb wird die Spannung des Netzteils vorher gemessen und günstig eingestellt. Die Bauteile der Platine sind etwa bei Conrad Electronics erhältlich. Das Kabel zum Computer wird an einen paralellen Port angeschlossen. Inzwischen wurde die Schaltung modifiziert und durch einen Temperatursensor ergänzt. Alle Platinen finden auf einem Einschub im PC Platz, hier wird inzwischen auch das Netzteil des PCs zur Spannungsversorgung genutzt.Die neue Verdratung beinhaltet jetzt auch den Temperatursesor.

Die neue Platine enthält jetzt auch die Schaltung zur Temperaturmessung am LNC:

Und hier sehen Sie die Stromlaufpläne.

Der OPV:

Der A/D-Wandler:
 


Der Temperaturfühler:



Eine kurze Funktionsbeschreibung

Der A/D-Wandler
Diese, aus der Zeitschrift "Elektor" stammende Schaltung, diente als Grundlage für die Wandlung der analogen Spannungen in digitalen Signale. An IC1 wird eine Spannung zwischen 8 und 30 Volt angelegt, wobei der Baustein am Pin 6 eine konstante Ausgangsspannung von 5 Volt liefert. Diese Spannung wird als "obere" Referenzspannung für den Analog/Digital-Wandler genutzt. Bei der "unteren" Referenzspannung kann zwischen zwei Werten gewählt werden (S1): entweder 0V oder, durch einen Spannungsteiler erzeugt, ca. 1,8V. Durch diese höhere "untere" Referenzspannung wird die Auflösung am PC wesentlich genauer.

Der OPV
Um das Meßwerk des nicht ganz billigen Satellitenfinders zu schützen, wurden zwischen dem A/D-Wandler und dem Satfinder zwei Operationsverstärker geschaltet: ADC-vorbeschaltete Operationsverstärker zeichnen sich dadurch aus, dass sie, beeinflußt durch die Beschaltung, hohe Verstärkungsfaktoren, (fast unendlich) große Eingangswiderstände und (fast unendlich) kleine Ausgangswiderstände haben. Das heißt, dass diese Bauteile nahezu stromlos arbeiten und lediglich Spannungen verstärken. Diese Eigenschaft wird hier genutzt, es soll aus dem Satfinder kein Strom "gezogen", sondern eben nur die Spannung gemessen werden. Da die Widerstandsverhältnisse R1 zu R2 und R4 zu R5 gleich sind, wird die Spannung je um den Faktor 1 verstärkt. Es wird der invertierende Eingang der OPV's genutzt , deshalb liegt bei einer Eingangsspannung von beispielsweise 2,3 Volt, am ersten OPV eine Ausgangsspannung von -2,3 Volt vor. Diese wird im zweiten OPV erneut invertiert, so dass die Spannung am Ende wieder 2,3 Volt beträgt. Da negative Spannungen genutzt werden, müssen beide Operationsverstärker mit einer positiven und negativen Spannung versorgt werden (zum Beispiel +12V und -12V).

Temperaturmessung
Der Sinn dieser Schaltung liegt darin, sehr geringe Spannungsänderungen (respektive Temperaturänderungen) auf dem PC sichtbar zu machen, weil der LNC ebenfalls sehr empfindlich auf Temperaturänderungen reagiert. Bei dem in der Schaltung mit "PTC" gekennzeichneten Baustein handelt es sich um einen Widerstand, der ziemlich linear zu Temperatur seinen Widerstand ändert (1K entsprechen 16 Ohm). Um durch eine Widerstandsänderung eine Spannungsänderung hervorzurufen wird eine Art Spannungsteiler genutzt. R2 ist regelbar, um später die Temperaturkurve am PC zu "justieren". R2 muß jedoch so gewählt sein, dass die Spannung, die am nicht-invertierenden Eingang des ersten OPV anliegt gräßer/gleich 2,5V ist. Ist der OPV prinzipiell wie hier geschaltet, beträgt sein Verstärkungsfaktor 1 plus das Verhältnis R3 zu R4, in diesem Fall also 2. Am Ausgang des ersten OPV liegt nun eine Spannung von größer/gleich 5 Volt vor. Durch eine erneute Verstärkung würde das Spannungsniveau weit über 5 Volt ansteigen, deshalb werden  zunächst 4,95 Volt abgezogen. Der zweite OPV hat einen Verstärkungsfaktor von 1 plus 4.9, so dass die verbleibende Spannung von größer/gleich 0,05 Volt um den Faktor 5,9 schließlich verstärkt wird.

Beispiel:
Temperaturänderung von 15°C auf 16°C (ruft eine Widerstandsänderung von ca. 16 Ohm hervor) d.h. die Spannungsänderung am Spannungsteiler beträgt: ca. 0.019 Volt.
Die Spannungsänderung am Ende d. Schaltung: ca. 0,224 Volt
Die Differenz wurde ungefähr um den Faktor 12 verstärkt.

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