Ich möchte ein Spannungsnormal (10V, ca. 5ppm), das bereits existiert, verstärken bzw. abschwächen, so daß ich Ausgangsspannungen in 1V Schritten von 1-20V abgreifen kann. Dazu möchte ich die Quelle erst mal entkoppeln (puffern), also einen Elektrometerverstärker mit Verstärkung 2 dahinter hängen. Der sollte mögl. Zero Offset haben. Danach soll dann ein Verstärker folgen, der mir die 1V Stufen liefert. Wobei ich überlege, ob ich einen DAC einsetze, was dann aber wieder digitale Logik erfordert oder ob ich die 20 Spannungsschritte durch einen Spannungsteiler realisiere und einfach mit einem zweiten ELektrometerverstärker abgreife an einer Teilerkette. In der Hauptsache bin ich jetzt erst mal auf der Suche geeigneten Typen und Bezugsquellen. Weiß jemand Rat? Christoph
Was ist 5ppm? Temperaturdrift? Oder generell die Genauigkeit unter bestimmten Bedingungen? Sollen die 5ppm auch "hinten" eingehalten werden? Letztendlich kommt's bei diesen Genauigkeiten nicht mehr nur auf den OPV an, sondern auch dessen Drumherum-Beschaltung, die ebenfalls dann Teile mit niedriger Drift sein müssen (oder zumindest so driften müssen, daß sich deren Fehler aufheben).
ChristophK schrieb: > In der Hauptsache bin ich jetzt erst mal auf der Suche geeigneten Typen > > und Bezugsquellen. Weiß jemand Rat? Schau mal hier, da gibt es etliche gute Hinweise auf's Vorgehen und dieBauteilewahl wenn man in der Genauigkeitsklasse werkeln will: www.amplifier.de, Präzisionsquelle
Mit Elektrometer bekommst du grössere Offsetspannungen, die Spannungsreferenzen können schon den Strom liefern, den ein normaler OpAmp so braucht, und auch die Basltung des Spannungsteilers liegt im Sub-nA Bereich und verzerrt damit weniger als 5ppm. Die besten OpAmps (OP07, OP77, OP177, MAX400) sind ungenauer als 5ppm bei 1V, aber du brauchst keinen shcnellen OpAmp. Also tun es zero drift bzw. chopperstabilisierte OpAmps wie LMP2022 oder MAX4238. Leider halten die keine 10V aus. Ein LTC1051 könnte ein guter Kompromiss sein. Deren Offsetspannung und Drift ist besser als du bracuhst. Aber achte auf THermospannngen zwischen Kupfer und Zinn und Kovar, die ist bei so wenigen uV schon relevant.
Danke, Andreas. Ich kenne die Seite übrigens und sie heißt www.amplifier.cd. Der Betreiber (R.O.) hat mir auch beim Bau der Referenz zur Seite gestanden. Sehr freundlich und hilfsbereit. Nur meldet er sich seit einigen Wochen nicht mehr. Auch finde ich direkt keine Kaufempfehlung für einen OPV dort. Viele Grüße Christoph
ChristophK schrieb: > Danke, Andreas. Ich kenne die Seite übrigens und sie heißt > www.amplifier.cd. > Der Betreiber (R.O.) hat mir auch beim Bau der Referenz zur Seite > gestanden. Sehr freundlich und hilfsbereit. Nur meldet er sich seit > einigen Wochen nicht mehr. Auch finde ich direkt keine Kaufempfehlung > für einen OPV dort. > Dann hat Ralf gerade viel zu tun, Deine mail überlesen oder sonstiges wie Urlaub oder Krankheit. Er wird Dir aber sicher eine Kaufempfehlung geben wenn du ihn danach fragst. Mail ihn einfach erneut an.
Danke, Martin, für die OPV-Empfehlung. Also soll ich keine EM-Schaltung nehmen? Wie soll ich sonst 10V auf 2:1 single ended verstärken? Gruß Christoph
>Dazu möchte ich die Quelle erst mal entkoppeln (puffern), also einen >Elektrometerverstärker mit Verstärkung 2 dahinter hängen... Je mehr Verstärker und Abschwächer (und womöglich auch noch DACs(!)) du dranhängst, desto ungenauer wird es! Am Ende hast du eine riessen-Toleranz. Ich würde evtl die 10V DIREKT abgreifen, dann sind die am genausten, bzw einen "Pfad" 1..2..3......10V (nur mit Präz-Rs) machen (dieser "Pfad" ist dann am genausten), den andenen "Pfad" als Verstärkungs-"Pfad" machen, der dann mit OPs eingestellt werden kann.
> Wie soll ich sonst 10V auf 2:1 single ended verstärken? Für eine EM-Schaltung braucht man keinen EM-OpAmp. Jeder OpAmp kann das: +24V | 10V -500R-|+\ | >--+-- 20V +--|-/ | | 1k +--------+ 1k | GND Beim OP177F mit ca. 2.2nA Eingangsstrom wird der Spannungsteiler um 0.22ppm belastet, der trägt also nicht viel Ungenauigkeit bei (falls man so genaue Widerstände überhaupt hat, selbst 0.005%er sind ja schon ungenauer). Bei 10V sind die 60uV Vos auch schon 6ppm, also viel mehr. Ein echter Elektrometer-OpAmp wie AD549L mit Vos = 25000uV belastet zwar den Spannungsteiler weniger, nur mit 0.00025 nA, aber die Spannungsungenauigkeit liegt bei 0.25%. Man muss bei Präzisionsschaltungen schon an beides Denken, den Strom und die Spannung, un die Widerstandswerte optimal aussuchen.
MaWin schrieb: > Ein LTC1051 könnte ein guter Kompromiss sein. der LTC1051 hält nur max 16V Versorgung aus. Ich würde einen LTC1150 (RS) oder LTC1151 (Conrad) nehmen. Bei größeren Lasten am Ausgang noch einen LT1010 als Buffer hinterher. Der Spannungsteiler wird die größte Herausforderung. Du kannst Dich ja hier mal inspirieren lassen: http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf Viel Spaß beim "aufbohren" von 5V nach 20V Gruß Anja
Anja schrieb: > MaWin schrieb: >> Ein LTC1051 könnte ein guter Kompromiss sein. > > Ich würde einen LTC1150 (RS) oder LTC1151 (Conrad) nehmen. > Bei größeren Lasten am Ausgang noch einen LT1010 als Buffer hinterher. > > Der Spannungsteiler wird die größte Herausforderung. > > Du kannst Dich ja hier mal inspirieren lassen: > http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf > > Viel Spaß beim "aufbohren" von 5V nach 20V Ja, der Präzisionverstärker der dem dortigen DAC nachgeschaltet werden müßte mit Verstärkung 4fach ist leicht gezeichnet. Der Aufbau ist dagegen schon mal eine länger dauernde Arbeit, insbesondere wenn es so präzise und driftstabil bleiben soll wie hier gewünscht. Machbar ist es aber, konsequente Leiterführung und Materialwahl voraussgesetzt sogar mit Heimwerkermitteln fertigstellbar.
Ich empfehle Dir den AD8552 bzw AD8554 wenn Du mit dem (stark gedämpften) Chopping Signal am Ausgang klar kommst. Viele Grüße, Martin
Martin schrieb: > Ich empfehle Dir den AD8552 bzw AD8554 wenn Du mit dem (stark > gedämpften) Chopping Signal am Ausgang klar kommst. [ ] Du weißt der hat nur 6 V maximale Versorgunsspannung. Der TO möchte aber 20V Uout > > Viele Grüße, > Martin
> > Wie soll ich sonst 10V auf 2:1 single ended verstärken? > Für eine EM-Schaltung braucht man keinen EM-OpAmp. Habe ich auch nicht so gemeint. Mit EM-Verstärker meinte ich EM-Schaltung. > Jeder OpAmp kann das: > +24V > | > 10V -500R-|+\ > | >--+-- 20V > +--|-/ | > | 1k > +--------+ > 1k > | > GND @MAWIN: Das ist eine Elektrometerschaltung, von der Du abrietest, woraufhin ich fragte, wie ich dann single ended verstärken soll, woraufhin Du mir wiederum die EM-Schaltung präsentierst :) Wozu der 500 R ? -- Christoph
> http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf
Danke, Anja, konntest Du nicht wissen, aber dieser sehr gute Artikel ist
mir allzu bekannt. Darum kreisen auch meine Gedanken. Aber der Aufwand,
der dort getrieben wird, ist sehr hoch.
--
Christoph
> > @MAWIN: > > Das ist eine Elektrometerschaltung, von der Du abrietest, woraufhin ich > fragte, wie ich dann single ended verstärken soll, woraufhin Du mir > wiederum die EM-Schaltung präsentierst :) > > Wozu der 500 R ? > > -- > Christoph Das ist ein Vokabelproblem. Tatsächlich wird die "normale" nichtinvertierende Grundschaltung die hier angegeben ist gelegentlich in der Literatur auch als Elektrometerschaltung bezeichnet. So siehst Du das auch. Elektrometer-OP/Schaltung/Verstärker ist aber von Manfred als "Grundschaltung mit besonderem Augenmerk auf SEHR SEHR geringen Eingangsstrom" gemeint. hoffe, nun ist es klarer.
> Wozu der 500 R ?
Ein OPV hat immer Eingangsströme, wenn auch (sehr) geringe. Diese
erzeugen über das Rückkopplungsnetzwerk einen Spannungsabfall, und damit
Offsetfehler. Der 500R am anderen Eingang, idealerweise genau so groß
wie der effektive R des Rückkopplungsnetzwerkes, erzeugt dort ebenfalls
diesen Abfall in derselben Richtung, und der OPV erzeugt die Differenz
aus beiden, also Null.
> Wozu der 500 R ? Kompensation der Eingangsströme und Thermospannungen. > Das ist eine Elektrometerschaltung Ja, SCHALTUNG aber nicht VERSTÄRKER. Du schriebst ElektrometerVERSTÄRKER. Wenn du schon auf Worten rumreitest, dann benutze sie auch richtig. Als OpAmp ist hier eben kein als Elektrometerverstärker bezeichneter OpAmp eingesetz, aus vorgerechneten Gründen.
Jens G. schrieb: >> Wozu der 500 R ? > > Ein OPV hat immer Eingangsströme, wenn auch (sehr) geringe. Diese > erzeugen über das Rückkopplungsnetzwerk einen Spannungsabfall, und damit > Offsetfehler. Der 500R am anderen Eingang, idealerweise genau so groß > wie der effektive R des Rückkopplungsnetzwerkes, erzeugt dort ebenfalls > diesen Abfall in derselben Richtung, und der OPV erzeugt die Differenz > aus beiden, also Null. Und das deswegen, weil in 99% der Fälle die Eingangsströme an beiden Eingängen gleich groß sind. Sonst würde nämlich die Empfehlung, das beide Eingängen den gleichen Widerstandswert "sehen", keinerlei Sinn machen. Korrekterweise MUSS man den Ausgangswiderstand der Referenzspannungsquelle in die Rechnung einbeziehen. Es wird also durchaus was anderes als 500 Ohm werden.
Ich will jetzt hier keine Wortklauberei betreiben, aber in der Literatur wird die Schaltung auch als Elektrometerverstärker bezeichnet. Ich hätte sonst Elektrometer OpAmp geschrieben. Aber gut, ich hatte außerdem ein :) verwendet. -- Christoph Ach ja, entschuldige, MaWin, daß ich Dich mit "Martin" angeredet habe, Du bist ja Manfred, den ich aus d.s.e kenne.
@Jens: 5ppm Genauigkeit des Normals soll auch nach hinten durchgereicht werden, also nicht kaputtgemacht werden. Z.B. würde ich für den Spannungsteiler Widerstände auf einem Substrat wählen, damit sich die Temperaturdrift aufhebt. Quelle für Präzisionswiderstände? Typ? -- Christoph
ChristophK schrieb: > Ich will jetzt hier keine Wortklauberei betreiben, aber in der Literatur > wird die Schaltung auch als Elektrometerverstärker bezeichnet. Korrekt, auch so findet man das in der Literatur: Elektrometerverstärker für gesamte SCHALTUNG. Z.B. in Buch von M.Zirpel, Operationsverstärker. Ich denke haben wir haben es nun ausgiebig genug zerfieselt, oder?
> Quelle für Präzisionswiderstände? Typ? Vishay, bis 0.001% Gleichlauf http://www.vishaypg.com/docs/63036/vhd20014.pdf
ChristophK schrieb: > 5ppm Genauigkeit des Normals soll auch nach hinten durchgereicht werden, > also nicht kaputtgemacht werden. Z.B. würde ich für den Spannungsteiler > Widerstände auf einem Substrat wählen, damit sich die Temperaturdrift > aufhebt. Hallo, ich frage mich gerade wie du die 5ppm Genauigkeit erreichst. Ich nehme an daß Du die Schaltung von Amplifier CD aufgebaut hast. So wie die Fotos aussehen handelt es sich um eine VRE310 Referenz mit externer Heizung. Stimmts? Fragen: - Wie ändert sich die Ausgangsspannung wenn Du die Referenz nicht in Normal-Lage sondern z.B. auf dem Kopf oder auf der Seite betreibst. Ich habe hier 2 beheizte LM399-Referenzen (7V) bei denen sich je nach Lage die Ausgangsspannung um bis zu 30uV ändert. - Wie ist die Alterung der VRE hast Du hierzu schon Messungen gemacht? Die besten Messgeräte sind mit 4ppm/Jahr spezifiziert. Ich selbst würde Spannungen in dem Genauigkeitsbereich per PWM teilen: http://www.edn.com/article/471981-DC_accurate_32_bit_DAC_achieves_32_bit_resolution.php Allerdings sind die dort veröffentlichten Genauigkeitsangaben stark optimistisch. Du wirst um einen Abgleich des PWM-Wertes nicht herumkommen. Ich habe eine INL von ca. 13ppm gemessen. Die Schaltung läßt sich auch nur bis ca max 8 V aufbohren. Aber vielleich lassen sich ja ähnlich genaue Multiplexer in Hochvoltausführung finden. Gruß Anja
Angehängte Dateien:
-
photo_normal2.jpg
140 KB
@Anja und andere: Entschuldigung, ich hatte mich vertan. Meine Anforderung war seinerzeit 0.01%, also 100ppm. Gebaut wurde dann eine Quelle, unbeheizt, mit einem LT1021-10. Das war vor 1,5 Jahren. Die Quelle wurde im Ofen über mehrere Tage gealtert und wurde seitdem nicht mehr abgeschaltet. Geeicht haben wir sie allerdings bisher nicht. Leider wurden die Werte länger nicht mitgeschrieben. Anfangs hatten wir über mehrere Wochen Raumtemperatur und Spannung aufgezeichnet. Wir haben jetzt ein Keithley 2100 dranhängen und wollten die Werte Temperatur und Spannung mal automatisiert mitschreiben. Es ist eben jetzt die Frage, ob noch mal eine neue Quelle gebaut wird oder ob an die bestehende ein Verstärker drangehängt wird. Das würde ein weiteres Gehäuse und eine BNC-Verbindung (Kontaktspannung) erfordern. -- Christoph
@Anja: Deine Schwankungen bei unterschiedlicher Lage: Änderung des Temperaturgradienten? -- Christoph
ChristophK schrieb: > Deine Schwankungen bei unterschiedlicher Lage: Änderung des > Temperaturgradienten? Ich vermute mal daß beim LM399 die Heizung und der Sensor zwar auf dem gleichen Chip aber halt nicht gleichmäßig verteilt sind. Wenn der Sensor unterhalb des Heizers sitzt ist vermutlich die geregelte Temperatur an der Z-Diode eine andere wie wenn der Sensor bei Über-Kopf-betrieb oberhalb des Heizers sitzt. Die Stromaufnahme des Heizers ändert sich ebenfalls je nach Lage. Da nach meiner Information in den meisten Keitley Multimetern (zumindest im 2010, beim 2100 weiß ich es nicht) auch ein LM399 als Referenz verbaut ist, müßte der angezeigte Wert je nach Lage des Meßgerätes ebenfalls schwanken. 100 ppm sind ja noch eine gut erreichbare Spezifikation. Da sollten noch gut erhältliche S102-Widerstände (2ppm) oder UPW50-Widerstände (3 ppm) reichen. Du brauchst ja nicht genauer zu sein als die Referenz. Meine LT1021CN8-5 (5V) hat etwa 7,5ppm Temperaturgradient und etwa 8 ppm Hysterese bei 25+/-15 Grad. Gruß Anja
Ich meinte Änderung des räumlichen Temperaturgradienten als Erklärung für die Abweichung, was sich ja deckt mit Deiner Erklärung mit Änderung der räumlichen Gegebenheiten (Drehung). Du meintest wohl "Temperaturkoeffizient" mit Deinen 7,5ppm/K. Meine Quelle hatte (nach dem Einfahren bei 100°C) einen TK von 1,4ppm/°C erreicht. -- Christoph
ChristophK schrieb: > Du meintest wohl "Temperaturkoeffizient" mit Deinen 7,5ppm/K. Hallo, der Temperaturkoeffizient aus dem Datenblatt wird meist wie folgt gemessen: Ausgangsspannung bei 25 Grad Ausgangsspannung bei minimaler Betriebstemp (0 Grad oder -40 Grad) Ausgangsspannung bei maximaler Betriebstemp (70, 85 oder 125 Grad) Aus den 3 Werten wird die minimale und die maximale Spannung herausgesucht. Der mittlere Temperaturkoeffizient ist (Maximalwert - Minimalwert) / Betriebstemperaturbereich. Damit das ganze im Datenblatt auch schön aussieht halbiert man den so erhaltenen Wert und schreibt noch +/- dran (Box-Methode). Viele reale Referenzen haben in der Nähe von 25 Grad ihr Spannungsmaximum und fallen dann zu beiden Temperaturseiten ab (ähnlich Parabel). Neuere Referenzen kompensieren den Temperaturgang teilweise so daß eine Kurve mit mehreren Maxima und Minima im Temperaturbereich entsteht. Mich interessiert nur der Bereich um Raumtemperatur. 23 bzw. 25 Grad +/-15 Grad. Da ich den Fehler kompensieren möchte ist der mit der Box-Methode ermittelte Wert völlig wertlos. Ich brauche den Temperaturgradienten bei 25 Grad. (oder eine Parabel 3. Ordnung bezogen auf 25 Grad). Bei meiner LT1021CN8-5 -Referenz ist eben dieser Gradient etwa 7,5ppm/K. ChristophK schrieb: > Meine Quelle hatte (nach dem Einfahren bei 100°C) einen TK von > 1,4ppm/°C erreicht. Das ist ein guter Wert (wie gemessen?) -> dann wohl doch den PWM-Teiler aus EDN. Ich denke den kann ich noch durch Abgleich von R7 auf bessere INL trimmen. ChristophK schrieb: > Ich meinte Änderung des räumlichen Temperaturgradienten als Erklärung > für die Abweichung, was sich ja deckt mit Deiner Erklärung mit Änderung > der räumlichen Gegebenheiten (Drehung). beim LM399 ist ja die Z-Diode beheizt. Ich glaube nicht daß sich der Temperaturgradient der Z-Diode ändert, sondern nur schlicht und einfach die Temperatur innerhalb der Z-Diode durch eine ungeschickte Anordnung der Heizung oder des Sensors innerhalb des LM399. Gruß Anja
Anja schrieb: > ChristophK schrieb: >> Meine Quelle hatte (nach dem Einfahren bei 100°C) einen TK von >> 1,4ppm/°C erreicht. > Das ist ein guter Wert (wie gemessen?) Es war eigentlich gar nicht das Ziel, so einen guten TK zu erreichen, mehr oder weniger ein Zufallsgeschenk. Beim Einfahren im Ofen hatten wir bei 25°C 9,99927V und bei 100°C 10,00032V, woraus sich der Wert ergibt. Gemessen natürlich nur mit dem Keithley 2100, 6 1/2 digit Genauigkeit. > -> dann wohl doch den PWM-Teiler aus EDN. Ich denke den kann ich noch > durch Abgleich von R7 auf bessere INL trimmen. -- Christoph
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