Mikrocontroller & analoge Signale

Das Bild im Kopf

Ein Lineal mit groben Strichen kann kleine Unterschiede nicht auflösen. Mehr ADC-Bits sind wie feinere Teilstriche. Ein schiefes Lineal bleibt aber trotz vieler Striche ungenau: Referenzfehler, Rauschen und falsche Beschaltung verschwinden durch mehr Bits nicht.

Das Prinzip

Ein n-Bit-ADC besitzt 2ⁿ Codes. Die Referenzspannung legt den betrachteten Spannungsbereich fest. Ein Spannungsteiler kann ein größeres Signal anpassen, muss aber zum ADC-Eingang passen. Viele ADCs laden intern einen kleinen Abtastkondensator, der eine zu hochohmige Quelle belasten kann.

Selbst ausprobieren

Interaktives Experiment

Mikrocontroller & analoge Signale

Vergleiche 4 und 12 Bit. Bei wenigen Bits sind die Stufen deutlich sichtbar. Erhöhe den Eingang über die Referenzspannung: Der Code bleibt am oberen Anschlag.

ADC-Auflösung8 bitReferenzspannung3.3 VEingangsspannung1.65 V

Modellgrenzen: Idealer unipolarer ADC mit Abschneiden nach unten und Sättigung. Keine Zeitabtastung, kein Rauschen und keine Pin-Schutzschaltung.

Ein konkretes Beispiel

8 Bit bei 3,3 V ergeben ideal eine Schrittweite von rund 12,9 mV. Bei 12 Bit sind es etwa 0,806 mV. Das ist Auflösung, keine zugesicherte Messgenauigkeit.

Genauer verstehen · Formeln und Annahmen

Formelblatt

$N=2^n$

$\mathrm{LSB}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{N}$

$\mathrm{Code}=\min\left(N-1,\max\left(0,\left\lfloor\frac{U_{\mathrm{in}}}{\mathrm{LSB}}\right\rfloor\right)\right)$

Die hier gewählte Quantisierung schneidet nach unten ab; reale ADC-Übergangsdefinitionen können abweichen. Dynamische Signale erfordern außerdem passende Abtastrate und ein analoges Anti-Aliasing-Filter. Die Bedingung fs > 2·fmax setzt ein bandbegrenztes Eingangssignal voraus und ersetzt keine Filterauslegung.

Ein häufiger Denkfehler. Ein gesättigter Code schützt den realen Eingang nicht vor Überspannung. Referenzbereich und absolute Pin-Grenzwerte sind verschiedene Angaben.

Werkstattfazit

Bevor Softwarewerte kalibriert werden: Versorgung, Referenz, Masseführung und Eingangssignal prüfen. Ein wackliges Analogsignal wird durch mehr Nachkommastellen nicht besser.

Quellen & Nachvollziehbarkeit

Eigene Illustrationen und Lehrrechnungen. Keine Messdaten eines konkreten Produkts. Redaktioneller Stand: 11.10.2026.

Selbst rechnen · Lösungen aufklappen

Notiere zuerst deine Vermutung, danach deine Rechnung. Öffne die Lösung erst zum Vergleichen.

09 · NPN-Schalter: Last 100 Ω an 5 V, VCE,sat = 0,2 V. Berechne den Laststrom.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

Lastspannung: 4,8 V.
Durch 100 Ω teilen.
IC = 48 mA.

Rechenweg

$I_C=\frac{5-0{,}2}{100}=48\,mA$

10 · Für Aufgabe 9 wähle erzwungene Stromverstärkung 10. Wie viel Basisstrom ist anzusetzen?

Lösung mit Rechenweg anzeigen

Laststrom durch erzwungene Verstärkung teilen.
IB = 48/10 = 4,8 mA.
Treiber muss diesen Strom liefern können.

Rechenweg

$I_B=\frac{48\,mA}{10}=4{,}8\,mA$

11 · 3,3-V-Ansteuerung, angenommene VBE = 0,8 V und IB = 4,8 mA. Berechne RB.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

An RB liegen 2,5 V.
R = 2,5/0,0048.
RB = 521 Ω; realen Treiber und Datenblatt prüfen.

Rechenweg

$R_B=\frac{3{,}3-0{,}8}{0{,}0048}\approx521\,\Omega$

12 · Berechne die Kollektor-Emitter-Verlustleistung des eingeschalteten Schalters aus Aufgabe 9.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

P = VCE,sat · IC.
0,2 V · 0,048 A.
P = 9,6 mW, ohne Basis- und Schaltverluste.

Rechenweg

$P_{CE}=0{,}2\cdot0{,}048=9{,}6\,mW$

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