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Elektor

7-8/98

Eine interessante Anwendung
für den in Elektor (April ´97
und Juni ´98) schon eingesetz-
ten Beschleunigungssensor
ADXL05 von Analog Devices ist
dieses elektronische Äquivalent
der altehrwürdigen Wasser-
waage. Der Sensor detektiert
eine relative (Erd-) Beschleuni-
gung von 0 g, wenn er horizon-
tal positioniert ist. Er besitzt
eine Empfindlichkeit von 200
mV/g, der interne Ausgangspuf-

fer ist durch R1/R2 auf eine
Verstärkung von 38,3 gesetzt, so
daß die Eingangsempfindlich-
keit auf 7,66 V/g erhöht wird.

Das Ausgangssignal des Sensor-
ICs erscheint an Pin 9 und
erreicht ohne Umschweife den
Eingang des A/D-Wandlers mit

LED-Treiber LM3914. Der ein-
zige Widerstand, der mit IC3
verbunden ist, bestimmt, daß
die Vollausschlag-LED D10 bei

Elektronische Wasserwaage

044

984038 - 11

Ÿ

1g

1N4001

78L05

100

µ

100n

16V

22n

22n

IC1

S1

D1

C1

C2

C3

C4

8V4

BT1

9V

ADXL05

VIN –

IC2

VREF

VOUT

ODC

VPR

DC1

DC2

10

ST

5

9

6

1

4

8

2

3

7

20k

P1

MT

R4

3k9

REFOUT

REFADJ

LM3914

IC3

MODE

SIG

RHI

RLO

L10

17

16

15

14

13

12

11

10

L9

L8

L7

L6

L5

L4

L3

L1

18

L2

9

5

8

4

6

7

3

2

1

R1

1M8

100n

C5

R2

47k

R3

270k

D6

D7

D8

D9

D10

D2

D3

D4

D5

>>>

>>

>

=

==

=

<

<<

<<<

5V

984038 - 12

984038-1

(C) Segment

C1

C2

C3 C4

C5

D1

D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10

H1

H2

IC1

IC2

IC3

P1

R1

R2

R3

R4

984038-1

== =

=

> >> >>>

<

<<

<<<

+

-

BATT1

S1

984038-1

(C) Segment

Stückliste

Widerstände:
R1 = 1M8
R2 = 47 k
R3 = 270 k
R4 = 3k9
P1 = 20 k Mehrgang-Trimm-

poti, liegend

Kondensatoren:
C1 = 100

µ/16 V stehend

C2 = 100 n Sibatit (Siemens)
C3,C4 = 22 n MKT (Siemens)
C5 = 100 n MKT (Siemens)

Halbleiter:
D1 = 1N4001
D2,D10 = LED, rot, high effi-

ciency

D3,D4,D8,D9 = LED, gelb,

high efficiency

D5,D6,D7 = LED, grün, high

efficiency

IC1 = 78L05
IC2 = ADXL05JH (Analog

Devices)

IC3 = LM3914N

Außerdem:
S1 = Schalter 1

⋅an

9-V-Batterie mit Clip
Platine EPS 984038-1 (siehe

Service-Seiten in der Heft-
mitte)

H

sensor

= 200mV/g

H

amp

= R1/R2 = 1.8/0.047 = 38.3

H

LM3914

= 8 LED/V

H = H

sensor

× H

amp

× H

LM3914

= 0.2

× 38.3 × 8 = 61.3 LED/g

1/H = 16.3mg/LED

∆ϕ/LED = arcsin(1/H) ~ 1 degree/LED

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Elektor

7-8/98

einer Spannung von 1,25 V
leuchtet. Die Abstufung der
LED-Skala beträgt somit 0,125
V, oder umgerechnet 16,32 mg
oder 1° Abweichung von der
Horizontalen.
Einen kleinen Makel hat die
elektronische Wasserwaage
doch: Der Sensor ist mit einem
Temperaturkoeffizienten von 0,4
mV/°C behaftet. Durch die rela-

tiv hohe Verstärkung von 38,3
ergibt sich eine Drift von 15
mV/°C oder ein Gradient von 8
°C/LED. Bei starken Tempera-
turänderungen sollte die Was-
serwaage ab und an kalibriert
werden.
Diesem Zweck dient Trimmpoti
P1, das zusammen mit R3 als
ein Netzwerk zur Offsetkompen-
sation (etwa ±0,3 V) fungiert.

Außerdem sorgt es dafür, daß
die mittlere LED D6 leuchtet,
wenn der Sensor exakt horizontal
( 0 g) ausgerichtet ist. Zum
Abgleich stellt man die Wasser-
waage auf eine horizontale
“Referenz” und dreht das Gerät
um 180°.
Die Verschiebung der LED muß
jetzt mit P1 korrigiert werden.
Bei optimalem Abgleich soll die

leuchtende LED in beiden Posi-
tionen den gleichen Abstand
von der Mitte des LED-Balkens
(LED D6) anzeigen. Die elek-
tronische Wasserwaage gibt sich
mit einer Stromaufnahme von
20 mA zufrieden, so daß man
mit einem 9-V-Block als Ener-
giequelle recht lange auskommt.

(984036)rg

Die hier vorgestellte, sehr einfa-
che Schaltung stellt eine Strom-
quelle dar, die sehr schnell auf
Änderungen des Eingangssig-
nals reagiert. Eine derartige,
breitbandige Stromquellen-
schaltung kann zum Beispiel für
Meßzwecke verwendet werden.
Der spezielle Differenzverstär-
ker (AD830 von Analog Devi-
ces) sorgt dafür, daß die Span-
nung über R2 gleich der Ein-
gangsspannung ist:

Für die Bandbreite gilt rechne-
risch:

B

80MHz (R

R )

R

R

load

load

=

⋅

≥

2

2

I

out

U

R

in

=

2

Der Eingang ist mit R1 so abge-
schlossen, daß man die für Meß-
geräte übliche Impedanz von 50

Ω erhält, gleichzeitig erfolgt

über diesen Widerstand auch
die Gleichspannungseinstel-
lung. Wenn die Verbindung zur
steuernden Signalquelle kurz
und gleichspannungsgekoppelt
ist, kann R1 eventuell auch ent-
fallen.
Das IC verfügt über eine
Begrenzung der Amplitude zwi-
schen den Eingängen X1 und
X2 auf 2,1 V, so daß ein zu
großer Strom am Ausgang ver-
mieden wird. Der maximale
Ausgangsstrom beträgt somit 2,1
V/100

Ω = 21 mA.

984091

Sehr schnelle spannungs-
gesteuerte Stromquelle

045

AD830

IC1

OUT

X1

X2

Y1

Y2

8

5

1

2

3

7

4

R1

49

Ω

9

R2

100

Ω

C1

10

µ

25V

C3

10

µ

25V

C2

100n

C4

100n

15V

15V

984091 - 11

Von G. Baars

Die angenehm einfache Schal-
tung arbeitet nach dem Prinzip
des gewichteten Summierens
analoger Spannungen, so daß
sich eine digitale Ausgangsin-
formation ergibt. Der A/D-
Wandler ist mit Komparatoren
und Widerständen aufgebaut.
Die Auflösung, also die Anzahl
der Bits ist theoretisch unbe-
grenzt. Pro Bit ist ein Kompara-
tor plus einige Koppelwider-
stände notwendig. Für die
Dimensionierung der Wider-

stände gilt:

R1 : R2 = 1 : 2
R3 : R4 : R5 = 1 : 2 : 4
R6 : R7 : R8 : R9 = 1 : 2 : 4 : 8

Abgesehen davon, daß die
errechneten Widerstandswerte
um so genauer eingehalten wer-
den müssen, je höher die Auflö-
sung des Wandlers ist, ist die
Linearität der Schaltung abhän-
gig von der Lage der Schwellen-
spannungen der Komparatoren
so dicht wie möglich an der hal-

ben Versorgungsspannung.
Außerdem sollen die Ausgangs-
widerstände der Komparatoren
so niedrig und die Eingangs-
widerstände im Verhältnis zu
den belastenden Widerständen
so hoch wie möglich sein.
Schließlich ist eine möglichst
hohe Verstärkung wünschens-
wert. Je mehr die Komparatoren
von diesen Voraussetzungen
abweichen, desto ungenauer,
nichtlinearer wird der A/D-
Wandler. Werden die Wider-
standswerte nicht allzu gering

angesetzt, sind Inverter mit
FET-Eingängen nahezu ideal.
Die hier gezeigte Wandler-Ver-
sion nutzt als Komparatoren
preiswerte CMOS-Inverter, die
trotz ihrer etwas zu geringen
Verstärkung in der Praxis ganz
ordentlich arbeiten. Es können
auch “echte” Komparatoren
eingesetzt werden, wobei man
allerdings die nichtinvertieren-
den Eingänge auf das Potential
der halben Versorgungsspan-
nung legen und außerdem den
Ausgangsspannungsbereich im

4-bit A/D-Wandler

046