Zener su input analogico

Salve a tutti,
stavo costruendo un piccolo voltometro con arduino, quando mi sono imbattuto in un "piccolo grande" problema:
Innanzi tutto il range di lettura va dai 0v ai 25v quindi ho fatto un partitore di tensione con R1 = 50K e R2 = 10K in modo da avere un massimo di 5v quando in input al partitore ho 25v.
Ho provato lo sketch per il voltometro e devo dire che la lettura è affidabile al decimo di volt.
Fino qui tutto bene, i problemi sono sorti quando ho deciso di inerire prima dell'input analogico di Arduino, uno zener da 5.1V da 1,3W, per limitare eventuali sovratensioni al pin analogico che sto usando; purtroppo ho notato che lo zener, in parallelo al partitore, agisce prima dei suoi 5.1V nominali, facendo sballare la lettura superati i 3,5V, ossia arduino legge meno volt di quanti dovrebbero esserci.
Purtroppo non sono ferratissimo in elettronica, probabilmenti sto ignorando qualcosa...
Qualcuno ha qualche idea per come superare il problema? in allegato lo schema.

Grazie in anticipo.

Il tuo ragionamento è giusto, ma non lo è il rapporto del partitore.

Per avere con 25V una tensione di 5V in ingresso (rapp, 5:1), il resistore R1 deve avere valore di 40k e ti conviene usare resistori al 1% di precisione (R1 = 40200, R2 = 10000).

Con l'attuale rapporto, invece, la tensione misurata sarà 4.17V.

Come fai a dire di avere una precisione di 100mV?

cyberhs:
Il tuo ragionamento è giusto, ma non lo è il rapporto del partitore.
Per avere con 25V una tensione di 5V in ingresso (rapp, 5:1), il resistore R1 deve avere valore di 40k

Solo per aggiungere info: http://it.wikipedia.org/wiki/Partitore_di_tensione
Vin * R2 / (R1+R2) => Vout 25 * 10 / ( 40 +10) => 25 * 10 / 50 => 25/5 => 5V

nid69ita:

cyberhs:
Il tuo ragionamento è giusto, ma non lo è il rapporto del partitore.
Per avere con 25V una tensione di 5V in ingresso (rapp, 5:1), il resistore R1 deve avere valore di 40k

Solo per aggiungere info: http://it.wikipedia.org/wiki/Partitore_di_tensione
Vin * R2 / (R1+R2) => Vout 25 * 10 / ( 40 +10) => 25 * 10 / 50 => 25/5 => 5V

ho usato proprio questo approccio e mi trovo in corrispondenza con il valore letto su arduino infatti 10/50 essendo 1/5 come rapporto pensavo appunto di avere a 25v proprio 5v.

cyberhs:
Come fai a dire di avere una precisione di 100mV?

Magari ho detto una scemenza, ho solo notato che se sul tester avevo una misura di 3,5v, su arduino era lo stesso e se variava di 0,1 sul tester, su arduino era pressocchè identico.

rimane comunque il fatto che non so come porre rimedio allo zener che inizia a condurre prima dei suoi 5,1v, per caso una resistenza in serie allo zener potrebbe aiutare?

motodaddo:
ho usato proprio questo approccio e mi trovo in corrispondenza con il valore letto su arduino infatti 10/50 essendo 1/5 come rapporto pensavo appunto di avere a 25v proprio 5v.

Tieni conto che le resistenze hanno una tolleranza. Cioè una 10K mica è esattamente 10K

nid69ita:

motodaddo:
ho usato proprio questo approccio e mi trovo in corrispondenza con il valore letto su arduino infatti 10/50 essendo 1/5 come rapporto pensavo appunto di avere a 25v proprio 5v.

Tieni conto che le resistenze hanno una tolleranza. Cioè una 10K mica è esattamente 10K

Ne ho tenuto conto infatti ho misurato il loro "reale" valore con il multimetro e ho fatto le conversioni tra valore 0-1024 e voltaggio tenedo conto del "reale" rapporto tra le resistenze.

motodaddo:
rimane comunque il fatto che non so come porre rimedio allo zener che inizia a condurre prima dei suoi 5,1v, per caso una resistenza in serie allo zener potrebbe aiutare?

Gli zener sono abbastanza precisi, non a caso venivano utilizzati come elemento di riferimento per realizzare gli alimentatori stabilizzati, sebbene pure loro sono affetti da una certa tolleranza, il 5% quelli più economici quindi parliamo al massimo di +/- 25 mV, è impossibile che inizia a condurre prima di 5.070Volt.
Sicuro di non aver collegato lo zener in diretta invece che in inversa, alcuni modelli hanno una Vf abbastanza alta e potrebbe essere questo il tuo problema.

astrobeed:
Gli zener sono abbastanza precisi, non a caso venivano utilizzati come elemento di riferimento per realizzare gli alimentatori stabilizzati, sebbene pure loro sono affetti da una certa tolleranza, il 5% quelli più economici quindi parliamo al massimo di +/- 25 mV, è impossibile che inizia a condurre prima di 5.070Volt.
Sicuro di non aver collegato lo zener in diretta invece che in inversa, alcuni modelli hanno una Vf abbastanza alta e potrebbe essere questo il tuo problema.

Ho collegato il catodo(la parte segnata da una linea nera) verso il positivo, e l'anodo sul negativo, niente da fare, ho provato per esempio a scollegare lo zener e dal partitore avevo 3v, collego lo zener e ho 2,80v, aumentando la tensione in ingresso al partitore non ottengo più di 4V in uscita dopo lo zener.

Ho creato un piccolo partitore di tensione con due resistenze da 10K e ho lo stesso problema, sembra che lo zener entri in conduzione prima di ricevere i 5v dal partitore.
Mah... sto uscendo pazzo! :frowning:

Dirò una cavolata... sicuro sia un diodo zener ?

2 problemi:
I zener incominciano a codurre prima della loro tensione nominale. La tensione di riferimento viene garantito da una corrente minimale in su.
Rimedio: usa come riferimento i 1,1V di Arduino (riferimento interno) e dimensione il pertitor in modo da arrivare 25V a 1,1V. puoi usare un zener con tensione piú bassa come per esempio 4,7V o 3,9V.

Il circuito sample and hold del ADC di Arduino ha un impedenza sostitutiva di 10kOhm. Con un partitore con valori cosí alti come lo prevedi Tu il condensatore del circuito sample and hold non ce la fa di caricarsi alla prima misura.
Rimedi: condensatore da 0,1V tra entrata analogica e massa o un amplificatore operazonale nel circuito di inseguitore di tensione.

Ciao Uwe

Grazie a tutti per l’aiuto e per le vostre considerazioni,
alla fine mi sono messo a provare tutti gli zener che possedevo( 7.5v 10v e 11v) per verificare lo strano comportamento dei 5.1V, bene(anzi male) è emerso che tutti gli altri zener si comportano nel modo che mi aspettavo ossia iniziano a condurre entro la tensione nominale, arrivo a conclusione che sono “strani” gli zener 5.1v che ho!
Per questo comprerò dei nuovi zener, di produttore differente, magari non sono “fallati” come questi!
Appena arrivano vi farò sapere!

Grazie ancora a tutti, per il tempo e l’aiuto concessomi!

uwefed:
I zener incominciano a codurre prima della loro tensione nominale.

Si tratta di mV e non Volt, questa è la tipica curva di risposta di uno zener, il quadrante a dx è la polarizzazione diretta dove il comportamento è quello di un normale diodo, il quadrante in basso è la polarizzazione inversa.
Quando la tensione è pari a quella di soglia entra rapidamente in conduzione, il ginocchio della curva è contenuto in meno del 1% della tensione nominale.

Mi viene il dubbio di non essermi spiegato bene: hai sostituito il resistore R1 con uno da 40k (oppure due in serie da 20k) ?

cyberhs:
Mi viene il dubbio di non essermi spiegato bene: hai sostituito il resistore R1 con uno da 40k (oppure due in serie da 20k) ?

Ho fatto una prova facendo un partitore di tensione con due resistenze da 10k ( essendo 2 resistenze da 10k dividono a metà il voltaggio in ingresso), la lettura della tensione l'ho effettuata tramite multimetro digitale, ho notato provando i vari zener che possiedo, che tutti iniziano a limitare la tensione una volta raggiunto il valore nominale Vz, mentre i diodi zener da 5.1V che ho, iniziano ad agire già dai 3,5v di uscita dal partitore, limitando fino a 4v max la tensione(invece che 5v come ci si aspetterebbe con un uscita dal partitore di una tensione superiore ai 5,1v)

Magari sono zener da 3.9V

fat

cyberhs:
Magari sono zener da 3.9V

Beh si comportano come tali ma sopra c'è scritto 5v1, probabilmente non sono di ottima qualità, confido nei nuovi zener che ho acquistato :slight_smile: