Hallo zusammen. Ich versuche eine Schaltung zu realisieren, die einen
Widerstand misst. Bei einem gemessenen Widerstand von 0 bis 0,1 Ohm soll
eine grüne, ab 0,1 Ohm eine Rote Diode leuchten.

Gemacht habe ich folgendes: Eine Konstantstromquelle aus 2 Transistoren
aufgebaut, die die Messleitung mit Strom versorgt. Die Stromquelle
liefert 100mA. Die Spannung an der Messleitung soll nun über einen
Komparator (LM339N) so ausgewertet werden, dass bei einer Spannung von
10 mV der Komparator umschaltet. Also, über einen Spannungsteiler den
-Eingang des Komparators auf 10mV eingestellt und die Messleitung an den
+Eingang des Komparators geschaltet. Folgendes Problem tritt auf:

Der Komparator schaltet nicht wie er soll sofort von 0 auf 1, sondern
der Übergang von 0 auf 1 ist in einem sehr großen Bereich. Die Diode
dimmt, so zu sagen.

Nächster versuch war, das Ausgangssignal des Komparators zu verstärken.
Mit einem OPV (LF412N) in einer nicht invertierenden Verstärkerschaltung
mit den Widerstandswerten R2=100k und R1=10k sollte das Ausgangssignal
verstärkt werden. Hier tritt  jedoch ein weiterer, für mich leider
unerklärbarer Fehler auf: Sobald die Spannung am Eingang des Versärkers
unter ca. 10mV sinkt geht das Ausgangssignal hoch, auf maximale
Ausgangsspannung... Warum??

Wer hat eine Idee und kann mir helfen?
Noch eine Info: Versorgungsspannung aller Bauteile beträgt 24V (zu GND,
also auch OPVs mit 24V und GND betrieben)

>Der Komparator schaltet nicht wie er soll sofort von 0 auf 1, sondern
>der Übergang von 0 auf 1 ist in einem sehr großen Bereich. Die Diode
>dimmt, so zu sagen.


Der Komparator schaltet auch nicht schlagartig um. Ein Komparator
verstaerkt genauso wie ein normaler OP die Differenz zwischen seinen
beiden Eingaengen und diese Verstaerkung hat auch nur einen maximalen
Wert. Wenn dein Signal sich nun im mV Bereich bewegt dann ist das normal
das sich der Ausgang nicht voll umschaltet. Auch wirst du Probleme
bekommen mit der Offsetspannung der Bauteile. Am besten du verstaerkst
erst einmal diese niederige Spannung mit einem OP der eine geringe
Offsetspannung hat z.B mit dem guten alten OP07 . Erst danach kannst du
mit einem Komparator die Spannung vergleichen. Die andere Moeglichkeit
waere das mit einer Wechselspannung zu machen. Vorteil: Offsetspannungen
spielen keine Rolle mehr . Nach dem Wechselspannungsverstaerker machst
du eine Syncrongleichrichtung mit einem Analogschalter. Somit fallen
auch alle Signale raus die nicht mit deiner Messspannung syncron sind.
Danach kannst du dann den Vergleich anstellen.


Gruss Helmi

Danke für deine Antwort.
Leider habe ich Noch Problem nummer 2. Die Verstärkung des
Eingangssignals habe ich ja bereits versucht. Jedoch liegt das ja
zwischen 0...10mV. Mein OPV (LF412N) und andere die ich versucht habe
(LM319N, LM318N, INA110KP) haben zwar so wie sie es sollten verstärkt,
doch sobald das zu verstärkende Signal unter 10mV ging, ist der Ausgang
der OPVs auf maximale Ausgangsspannung hochgegangen. Dies ist mir völlig
unverständlich, da ich im Normalfall denke, dass die Ausgangsspannung
Richtung 0V geht, wenn die Eingangsspannung ebenfalls in Richtung 0V
geht. Mache ich einen Fehler im Berschalten?? (Im aAnhang die
Eagledatei. Über Feedback zu dieser Beschaltung wäre ich sehr dankbar!)

@Florian

Bildformate

Ich kann deine Eagle Datei mit meinem Eagle nicht oeffnen.

Kannst du die bitte als PNG File posten.

Gruss Helmi

Hi!

Nur am Rande:

Wie Helmut schon erwähnt hat gibt es Offsetspannungen! Der LM318 hat
meines Wissens ein recht grosse Offstetspannung, ich glaub ca. 20mV oder
mehr (nicht hauen, ich weiß es nicht genau).
Bei den anderen weiß ichs nicht --> schau mal im Datenblatt.
Du brauchst einen mit sehr niedriger Offsetspannung! Z.B. AD8601
Dann ist der Effekt normal, dass die Spannung irgendwann rauf geht.

Sorry, hier in PNG Form.

Ich wäre zudem sehr dankbar, wenn mir jemand ein Buch oder Infomaterial
über OPVs empfehlen könnte. In meiner Elektronikvorlesung hatte ich
einen Dozenten, der seinen Lehrauftrag völlig verfehlte. Bei meiner
Suche nach Materialien zu OPVs finde ich meist nur Grundschaltungen usw.
Genaue Erklärungen zu Biasstömen, Offsets (...) und vor allem bei realen
OPVs die Kompensierung dieser fehlt mir total...

Hallo Florian,

mit der Schaltung wird das nix.
Da spielen dir die Offsetspannungen zur sehr mit. Was du machst ist so
ziemlich an der Grassnarbe zu horchen. Deine Spannung solltest du zuerst
mit einen OP Verstaerken der eine niederige Offsetspannung und zwar
wesentlich kleiner als deine 10mV. Oder du machst es wie in meinem 2.
Vorschlag mit Wechselspannung. Und der Verstaerker hinter dem Komparator
ist sinnlos der muss davor.

Gruss Helmi

>Nach dem Wechselspannungsverstaerker machst
>du eine Syncrongleichrichtung mit einem Analogschalter.

Hört sich gut an! Kann man über so eine Schaltung irgendwo etwas in
Erfahrung bringen?? (Webseite, Buch etc.)

Synchrongleichrichter oder auch Phasenempfindlicher Gleichrichter
genannt.

Als Buch: Tieze-Schenck  Halbleiterschaltungstechnik Messschaltungen

Gruss Helmi

Hier noch etwas dazu

http://de.wikipedia.org/wiki/Lock-in-Verst%C3%A4rker

@Helmi1
Ist das nicht etwas überpowert für einen Widerstandsvergleicher?
Das Problem lässt sich imho besser in einer Brückenschaltung lösen.

Zur Literatur:
Eine Online Anlaufstelle ist das ElKo
http://www.elektronik-kompendium.de/
Scripte sind auch eine gute Quelle, Google mal nach Marti und Goßner.
Ansonsten hat jeder Hersteller Application Notes und
Schaltungssammlungen zum Download:
Ron Mancinis "OpAmp for Everyone":
http://focus.ti.com/lit/an/slod006b/slod006b.pdf
Weiter bei TI / BB:
http://focus.ti.com/general/docs/techdocsabstract....
http://focus.ti.com/general/docs/techdocsabstract....
http://focus.ti.com/analog/docs/analogtechdoc_hh.t...

Von Walt Jung (AD) gibt es das "Op_Amp_Applications_Handbook"

Linear hat Circuit Collections veröffentlicht: AN52, 66, 67, 84 und 87.

Arno

@Arno

Das Problem No1 ist und bleibt die Offsetspannung vom Komparator.
Auch der LM311 hat im Worstcase Fall 10mV Offsetspannung. Die Spannungen
die Florian vergleichen moechte liegen nun mal im Bereich von 10mV. Da
von einer stabil arbeitenden Schaltung auszugehen kann man vergessen.
Man muss halt an der Stelle Bauteile einsetzen die deutlich eine
Offsetspannung darunter haben. Oder man verwendet Schaltungen wo die
Offsetspannugen keine Rolle spielen und das sind nun mal
Wechselspannungsverstaerker.

Gruss Helmi

Deswegen habe ich ja extra den LM311 vorgeschlagen. Im Gegensatz zum 339
kann man hier den Offset kompensieren.
Bei der angehängten Schaltung dürfte die Stabilität der Betriebsspannung
eigentlich keine Rolle spielen.
Bei entsprechender Spannungsversorgung ist der Einsatz von ICL7650 und
ähnlicher OPV eine ernstzunehmende Alternative.
Deren Geschwindigkeit sollte für Normalbetrieb ausreichend sein.

Arno

Ich weiß jetzt nicht, ob es auch Komparatoren gibt mit sehr geringer
Offsetspannung, deshalb hätte ich einen Differenzverstärker (z.B. Faktor
50 oder mehr) mit einem offsetarmen OPA vorgeschlagen. So hat z.B. Maxim
welche bis herunter zu 2µV Eingangsoffsetspannung (MAX4238) - andere
Hersteller sicherlich auch. Da wäre man wieder im grünen Bereich.
Danach einen Komparator - das könnte dann sogar ein zweckentfremdeter
358 sein.

Selbst beim Einsatz der externen Kompensation beim 311 - wie stabil ist
die Kompensation über den Temperaturbereich?

Manuelle Offsetkompensation ist was von gestern. Allenfalls denkbar fuer
einen Laboraufbau, aber dann sollten die Werte 100 mal besser sein. Ein
Lowoffset OpAmp kostet ja nichts.

Also ist es wohl besser, das signal mit einem gescheiten OpAmp zuerst zu
verstärken. Funktioniert das denn dann auch bis auf 0mV runter? Weil ich
bis jetzt immer den Fehler hatte, dass sobald ich unter ca. 10mV kam die
Ausgangsspannung statt weiter nach unten, komplett hoch zur maximalen
Ausgangsspannung ist. (Liegt das wirklich nur am Offset???)

Wie gesagt wie die anderen und ich dir schon gesagt haben versuch es
erstmal mit einem Op mit niederiger Offsetspannung. Die  ganzen
Komparatoren mit 10mV Offsetspannung funktionieren nicht gescheit.

Gruss Helmi

>Manuelle Offsetkompensation ist was von gestern. Allenfalls denkbar fuer
>einen Laboraufbau, aber dann sollten die Werte 100 mal besser sein. Ein
>Lowoffset OpAmp kostet ja nichts.

OffTopic:

Und wie gleicht man heute ab? Einfach nur LowOffset nehmen? Das kann
zwar das Problem eventuell lösen, könnte mir aber vorstellen, dass es
immer noch auch Offsetabgleiche gibt. Würde mich interessieren, da ich
selbst auch grad mit Offsetabgleichen kämpfe und wenns da einen
Königsweg gibt würde ich den gern nutzen.

Automatischer Abgleich mittels DAC und Prozessor waere zum Beispiel eine
Moeglichkeit.

Gruss Helmi

Die Kaliber werden größer, hi.
Hier soll doch nur ein einfacher Ja-Nein-Vergleich stattfinden.

Was mir noch aufgefallen ist:
Stromspiegel mit BD140 sind nicht wirklich der Brüller und 100mA über
ein Trimmpoti halte ich für grenzwertig.

Mit Hilfe welcher Messgeräte werden denn die 10mV Vergleichsspannung in
der Messschaltung eingestellt?

Wenn du die gepostete Messschaltung beibehalten musst, hast du nur die
Möglichkeit, einen Widerstand mit dem Grenzwert einzubauen und den
Umschaltpunkt danach mit P3 einzustellen. Damit kannst du die Fehler zum
großen Teil kompensieren.

Arno

Ich hab schon seit Jahren keinen Offsetabgleich mehr gemacht. Ich nehm
jeweils einen so guten OpAmp dass das nicht noetig ist. Ist
moeglicherweise ein Frage der Stueckzahlen. Da muss man die Ersparnis
beim OpAmp mit den Mehrkosten fuer das Pot, die zusaetzlichen Flaeche,
die Arbeit gegenrechnen.

Ich mach auch nicht immer ein Offsetspannungsabgleich. Nur wenn mir auch
sehr kleine Spannungen wichtig sind wie ich das letztens hatte. Da hab
ich dann den Abgleich mit Poti gemacht für RT. However, Mit µC und DAC,
wie Helmi vorgeschlagen hat, wäre für meine Anwendung ein wenig overkill
gewesen.

@Michael

Das mit uC und DAC war nur ein Vorschlag. Ich habe da schon kleine
Trennverstaerker fuer Hutschienenmontage gesehen wo das so gemacht
wurde.
Und in Frequenzumrichter habe ich das auch schon so gesehen.

Gruss Helmi