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R2 in kOhm: Grenzfrequenz -3dB mit C1: R1: R3: Rin des Teilers: Strom I: C1 in nF: Rout des Teilers:

Vin min in V: Vin max in V:

Vout min in V: Vout max in V:

Mit diesem Arbeitsblatt wird ein Spannungsteiler berechnet, der 1. den negativen Bereich einer Eingangsspannung in einen positiven Bereich einer Ausgangsspannung umsetzt, und 2 . die zu hohe Eingangsspannung an die Inputrange des ADC anpasst. Die Inputrange des ADC (=Ausgangsspannung des Teilers) liegt hier im Bereich von (MCU) -AD-Wandlern, die z. B. mit 0-3,3V oder 0-5V betrieben werden. Diese Ausgangsspannung wird im Idealfall den Wert von VoutMax erreichen. In sehr vielen Fällen wird die Ausgangsspannung "nur" innerhalb des angegebenen Ausgangsspannungsbereiches (Span) umgesetzt, ohne den Wert VoutMax zu erreichen. Damit der Range-Converter sauber arbeitet, sollte in der Praxis Uh, R1, R2 und R3 eine Toleranz von max. 1 % aufweisen. Erklärung der Ein/Ausgabe-Parameter: Vh = Hilfsspannung zum "hochziehen" der negativen Eingangsspannung. Die Unstabilitäten dieser Spannung machen sich mehr oder weniger an der Ausgangsspannung bemerkbar. Vin max = Maximalwert der Eingangsspannung, kann AC oder DC sein. Vin min = Minimalwert der Eingangsspannung, liegt im negativen Bereich, kann AC oder DC sein. Vout max = Maximalwert der Ausgangsspannung, ist identisch mit dem Maximalwert der Eingangsspannung des ADC. Vout min = Minimalwert der Ausgangsspannung, darf nicht kleiner als 0 Volt sein. Widerstände R1, R2 und R3. R2 wird vom Anwender vorgegeben und liegt typisch bei 10 k ...100k. Strom I = der Ruhestrom durch R1 und R2, Vin und Vout sind nicht angeschlossen. Eingangswiderstand (Rin) des Teilers = resultierender Wert aus R1, R2 und R3. Der Ausgangswiderstand der vorgelagerten Treiberschaltung muss << als Rin sein. Ausgangswiderstand (Rout) des Teilers = resultierender Wert aus R1, R2 und R3. Dieser Wert bestimmt mit C1 die Grenzfrequenz des Teilers. C1 ist optional. Je nach verwendetem ADC kann es notwendig sein, dass C1 als Stützkondensator für den ADC-Eingang bestückt werden muss. Für das korrekte Arbeiten sind folgende Bedingungen einzuhalten: 1. Vin min muss kleiner (negativer) als Vout min sein. 2. Vin max muss größer als Vin min sein. 3. Vout max muss größer als Vout min sein. 4. Vh muss größer als Vin max und größer als Vout max sein. Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, so werden Sie mit einer Fehlermeldung darauf hingewiesen. Bitte beachten Sie, dass diese einfache Art der Konvertierung nur für AD-Wandler mit einer Auflösung von 12 … 14-Bit brauchbar ist. Des Weiteren beachten Sie bitte, dass diese Schaltung zwar als Levelshifter arbeitet, aber eben auch als Spannungsteiler. Das heißt, dass die Amplitude der Ausgangsspannung immer kleiner ist, als die Amplitude der Eingangsspannung. Anmerkung: Der im Oszillogramm dargestellte Sinus gilt stellvertretend für AC-Signale, die symmetrisch zur Nulllinie sind. Es könnte auch eine DC-Eingangsspannung sein, die sich im angegebenen Vin max <-> Vin min-Bereich befindet. Die Eingansspannung ist im Oszillogramm mit der Farbe Rot dargestellt. Die Ausgangsspannung ist mit der Farbe Blau dargestellt. Screenshot einer exemplarischen Konvertierung: