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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Meßverstärker - OK so ?


Autor: Sascha (Gast)
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Hallo!

Ich würde gern mittels PC einen PT1000 - Temperatursensor auswerten.
Eine Genauigkeit von 2°C ist ausreichend. Dazu habe ich mich mit OpAmps
befasst und die angehangene Schaltung entworfen. Ich weiss jetzt
natürlich nicht, ob das so funktioniert. Es wäre toll wenn ihr euch das
mal anschauen könntet. Es wäre auch gut, wenn ihr mal die Widerstände
nachrrechnen könntet.

In den PC soll das Meßsignal dann mittels TLC549 und
LPT-Schnittstelle.

Danke für euchre Hilfe!

MfG
Sascha

Autor: Benedikt (Gast)
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Ich bin mir nicht sicher, aber benötigt der LM317 nicht einen
Mindeststrom ?
Zumindest bei so kleinen Strömen ist da der Ruhestrom warscheinlich
auch größer als der gewollte Strom...

Autor: edi.edi (Gast)
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0.1 mA wird er wohl kaum an Konstantstrom liefern

Autor: Sascha (Gast)
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OK, wenn ich euch richtig verstehe, dann meint ihr das der LM317 wohl
eher ungeeignet ist um einen Konstantstrom von 100µA zu erzeugen. Was
wäre denn eine praktikable Alternative?
Ist der rest so erstmal I.O. ?

MfG
Sascha

Autor: Benedikt (Gast)
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Der Rest sieht Ok aus.
Schau dir mal den TL431 an.
Im Datenblatt die letzte Schaltung könnte interessant sein.
Es gibt aber bestimmt bessere ICs, der TL431 war nur so eine spontane
Idee, da ich mit den Dingern gerne arbeite (liegt vielleicht auch
daran, dass ich einige davon rumliegen habe.)

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Sascha,
die Schaltung geht schon in die richtige Richtung. Die drei ersten IC
bilden eine einfache Abwandlung eines Instrumentenverstärkers. Ich habe
mal eine typische Schaltung angehangen. Als IC würde ich den TL074
nehmen. Aber der TLC549 ist sogar noch besser. Als Konstantstromquelle
nimm besser den TL431. Der Strom sollte 300uA nicht überschreiten.
Wichtiger ist aber den TL431 temperaturstabil zu machen. Im Datenblatt
gibt es dazu Anweisungen. Es lohnt sich. Ich habe bei 264uA eine
Schwankung um 0,2uA ... 0,3uA bei ca. +-10°C  erreicht. Die Bauteile,
LM431, 2 Widerstände und eine Diode, sollten eng zusammen liegen. Ich
habe dabei SMD Bausteine verwendet und auf dem TL431 aufgeklebt. Das
Ganze habe ich weiter mit einem Schrumpfschlauch überzogen.

Gruss Klaus.

Autor: Sascha (Gast)
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Hallo!

"die Schaltung geht schon in die richtige Richtung."
Was soll das denn bedeuten? Funktioniert das nun, wenn ich die Teile
bestelle und zusammenbastel, oder nicht? :)

"nimm besser den TL431"
"Die Bauteile, LM431, 2 Widerstände"

Was denn nu? LM oder TL?

Autor: Matthias Friedrich (Gast)
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Das ganze geht auch wesentlich einfacher mit einem OP, einer Handvoll
Bauteile und einer Genauigkeit von 0.1K

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Sascha,
ja, Deine Schaltung wird funktionieren. Es gibt da mehrere Lösungen.
Der Ansatz mit dem Instrumentenverstärker, bzw. des Schaltungsprinzips
ist eleganter. Bei der Konstantstromquelle meinte ich den TL431. Den
LM431 scheint es aber auch zugeben. Also wäre beides zutreffend.
Übrigens habe ich den Messverstärker mit SMD Bauteilen aufgebaut. Bei
Reichelt gibt es SMD Widerstände mit 1% Toleranz, die sogar noch
deutlich billiger sind als bei Conrad.

Gruss Klaus.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Sascha:

Das was Du da gezeichnet hast, ist kein Instrumentenverstärker,
sondern ein ganz normaler Differenzverstärker dessen Eingänge durch
Spannungsfolger gepuffert sind!

Autor: Sascha (Gast)
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@KlaRa
Kannst du mir mal sagen, wie ich den für 100µA Konstantstrom beschalten
muss? Ich verstehe das Datenblatt nicht. Und wie ist das mit der
Temperatur-Stabilisierung?

@anderer Michael

Hm... und was ist es denn dann? Was ist ein Instrumentenverstärker?
Ich habe davon keine Ahnung... erklär's mir bitte.

MfG
Sascha

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Sascha,
mit dem TL431 kann man auch eine Stromquelle realisieren. Ich verwende
ihn als Referenzspannungsquelle und hatte mich von Benedikt ablenken
lassen.
Als Stromquelle nutze ich den LM334. Der Strom ist einstellbar und
lässt sich gegenüber  Temperaturschwankungen stabilisieren. Siehe
Anhang. I = 0,134V/R1 und R2 = 10 R1. Für 100uA ist R1 = 134Ohm. Dies
sind Näherungsformeln da die Diodenschwellspannung immer differiert.
Als Diode kannst Du jede Universaldiode wie die 1N4148 nehmen.
Beim exakten Abgleichen habe ich R2 konstant gehalten und R1 mittels
Trimmer verändert. Diode und LM334 sollten eng bei einander liegen. Ich
habe bei 24°C 264,3uA und bei 35°C 264,0uA ermittelt. Dies reichte für
meine Zwecke.

Ein Instrumentenverstärker ist ein hoch präziser Verstärker, meist für
kleine Spannungen. Er hat im positiven und negativen Eingang sehr hohe
Eingangswiderstände. Die symmetrische Schaltung vermindert noch ferner
die Offsetprobleme. Ansonsten sollten gerade die Eingangs-IC's geringe
Offset-Werte aufweisen.
Für meine Zwecke tat es auch ein TL047. Die resultierende
Offsetspannung nach der ersten Stufe betrug zwar 0,3 ... 0,6V bei V=21
aber der Rest von ca. 3,0V reichte mir aus.
Für Michael: Das die erste Stufe eines Instrumentenverstärkers nur
Spannungsfolger hat ist lediglich eine Sonderform.

Gruss Klaus.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Sascha:

Schau Dir doch mal die Schaltung (InstVSt.jpg) von 'KlaRa' genau an.
Du siehst dass die negativen Eingänge der beiden 'vorderen' OPV über
einen Widerstand miteinander verbunden sind und
Gegenkopllungswiderstände eingebaut sind.

Diese Beschaltung sorgt dafür, dass das Gleichtaktsignal an den beiden
Eingängen des Instrumentenverstärkers entfernt wird. Der nachfolgende,
dritte OPV, als Differenzverstärker geschaltet, muss dann nur die diese
Gleichtaktfreie Signal verstärken, was viel genauer geht.

Autor: Sascha (Gast)
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@anderer Michael :-)
Was bedeutet bitte Gleichtakt? ...wie gesagt ich kenne mich nicht
wirklich aus.
Würde meine Schaltung ausreichen, um die Temperatur auf ca. 2°C genau
zu bestimmen? Der Temperaturbereich wäre in etwa 50-500°C. Oder ist die
Schaltung von KlaRa (InstrV) dringen notwendig... die verstehe ich
leider nicht.

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Sascha,
wie ich schon mal anfangs sagte, Deine Schaltung wird funktionieren.
Und wenn Du nur eine Genauigkeit von 2°C benötigst, dann alle mal.
Wenn Du bis 500°C messen willst musst Du schon eine passende Bauform
des Sensors verwenden. Einfache Lötstellen werden da wohl Probleme
haben.

Gruss Klaus.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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Wegen Gleichtakt und so:

Angenommen, an einem Eingang eines Differenzverstärkers liegen 4.5 Volt
und am anderem 3.5 Volt an, dann hast Du ein Gleichtakt-Signal von 4
Volt und ein Differenz-Signal von 1 Volt am Verstärker anliegen:

U_Gleichtakt = (U_a + U_b) / 2 = (4.5 Volt + 3.5 Volt) / 2 = 4 Volt.

U_Differenz = U_a - U_b = 4.5 Volt - 3.5 Volt = 1 Volt.

Ein Differenzverstärker soll ja nur die Differenz verstärken, z.B. die
1 Volt aus meinem Beispiel 10fach verstärken, also 10 Volt am Ausgang
draus machen.

Ein idealer Differenzverstärker macht das auch, leider gibt's den in
der Praxis nicht. D.h. wenn Du einen Differenzverstärker aus baust, hat
der z.B. eine Differenzverstärkung von 10 und eine Gleichtaktverstärkung
von 0,1. D.h. in meinem Beispiel würde der Differenzverstärker am
Ausgang nicht 1 Volt * 10 = 10 Volt liefern, sondern 1 Volt * 10 + 4
Volt * 0.1 = 10.4 Volt.

Um aber eben diesen Fehler zu eliminieren bzw. möglichst gering zu
halten, sind die beiden Eingangsverstärker in einem
Instrumentenverstärker so verschaltet, dass das Gleichtaktsignal
eliminiert wird und der nachfolgende Differenzverstärker nur die
Differenzspannung sieht und diese dann verstärkt. Da bei dieser
Differenzspannung die Gleichtaktspannung schon entfernt wurde, kann
auch kein Gleichtaktfehler auftreten (bzw. nur ein sehr viel
geringerer).

D.h. ein Instrumentenverstärker ist wesetlich präziser als ein
einfacher Differenzverstärker.

Mein Beispiel ist Zahlenmässig allerdings etwas übertrieben. Die
meisten modernen Operationsverstärker sind deutlich besser als mein
Beispiel. Genau Daten dazu findet man im Datenblatt des jeweiligen
Operationsverstärkers.

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