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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zum OPV - Abstand von UB


Autor: eta (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe einen OPV mit 4 Widerständen zu einem Differnzverstärker 
gemacht. Verstärkung ist 2 und der OPV wird unsymetrisch betrieben (0V 
und 5V). Der Differenzverstärker zieht stehts 2,5Volt von einem 
Messsignal ab. Problem ist nun, dass das Ding den Ausgang nicht auf 0 
Volt regeln kann.... wenn der Eingang beispielsweise bei 2,5 Volt liegt. 
Es liegen immer mind. 0,6 Volt an, was ja auch durchaus verständlich ist 
aufgrund der Betriebsspannung.

Welcher Wert gibt das aber im Datenblatt an ...?
Im Moment ist es ein Standard LM324 : 
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/lm324.pdf

: Verschoben durch Admin
Autor: Jens G. (jensig)
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-> High/Low Level output voltage

Unter 0,6V soilltest Du bei diesem OPV lässig kommen.
Entweder geht dein Lastwiderstand nach +, und zusätzlich zu niederohmig, 
oder deine Rückkopplung ist zu niederohmig, was sich ebenfalls wie eine 
Last für den Ausgang darstellt.

Autor: eta (Gast)
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Hallo ...

Danke habe es gerade noch mal auf einem Steckbtrett aufgebaut. 
Widerstandswerte sind 22k und 10k. Sonst ist der Ausgang unbelastet. 
Schaltung funktioniert einwandfrei!... Bis auf die 0,6 Volt

In der "richtigen" Schatlung geht er direkt auf einen A/D Wandler ... 
auch nicht gerade "niederohmig" ....

Im Datenblatt steht unter Low-level output voltage, Test Conditions Rl < 
10k.
Heißt das ich muss den Ausgang "künstlich" belasten????

Autor: eta (Gast)
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Nachtrag:
Mit 4,7k am Ausgang auf Masse lässt er sich auf 240mV runterdrücken.
Immer noch weit entfernt von den 20mV aus dem Datenblatt.
Oder mache ich einen Denkfehler?

Autor: Michael (Gast)
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eta schrieb:
> Heißt das ich muss den Ausgang "künstlich" belasten????

Ja, heißt es. Dass du aber "nur" auf 240 mV bei V=2 und R1, R2 = 22k, 
10k kommst mit einem RL von 4k7 ist dennoch merkwürdig. Wie gut ist 
deine Anbindung an GND? Ist da kein Spannungsabfall?

Autor: Michael (Gast)
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PS: Ich nehme übrigens an, dass du einen invertierenden Verstärker ohne 
Offset-Kompensation aufgebaut hast (die Offsetwerte dürften keine so 
hohe Abweichung von den Datenblattwerten erzeugen)

Autor: eta (Gast)
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Anbindung an GND ist super.
Das komische ist ja, dass ich auch bei beiden Aufbauten das 
Selbe-Gleiche messe.
Nein ich habe keine Offsetkompensation. Einfach nur die Schaltung von 
Wiki:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5...
mit R1 = R3 = 10k und R2 = R4 = 22k
Weitere Ideen sind gerne willkommen :-D

Autor: Jens G. (jensig)
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Da Du ja sicherlich grundsätzlich mit Eingangspegeln >0V arbeitest, wird 
der Ausgang über den R2 nach oben gezogen, so daß der OPV seinen unteren 
Ausgangstransistor anstrengen muß. Das ist aber dummerweise ein pnp als 
Emitterfolger, hat also generell die dumme Angewohnheit, nicht ganz bis 
auf dessen theoretisch mögliche Ucesat runter gehen zu können.
Um das zu unterstützen, hat der auch noch eine interne 50µA 
Konstantstromquelle (KSQ), die das Thema Ucesat lösen sollte. Diese 50µA 
sind aber spätestens dann "verbraucht", wen der R2 eine Spannung von 
mehr als 1V übersich sieht - dann saugt er quasi die 50µA komplett auf, 
und wenn der Eingang (invertierender Eingang) noch höher geht, geht auch 
der Ausgang entsprechend mit hoch (wie bei einer Konstantstromquelle), 
bis der Ausgang bei etwa 0,6-0,7V hängenbleibt, weil jetzt der interne 
pnp-Emitterfolger anfängt, den ausgangstrom zu übernehmen. Deswegen also 
sicherlich die rund 0,6V.
Mit der 4,7k-Last sieht es zwar besse raus, weil Du damit die KSQ 
ünterstützt, aber geht nicht komplett, weil diese Last||KSQ ja mit dem 
R2 einen Spannungsteiler bildet, der im ganzen die Spannung zw. inv. 
Eingang und Masse sieht.
Die untere Spannung wie im DB angegeben kann man also eigentlich nur 
erreichen, wenn der Ausgang nicht seinen unteren pnp-Ausgangstransistor 
bemühen  muß (er also nicht als Stromsenke wirken muß).

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Die maximal 20mV an RL=10kΩ im Datenblatt gelten für den Fall, dass RL
mit GND, also der negativen Versorgungsspannung verbunden ist. Bei dir
zieht aber RL nach "oben". Für diesen Fall gibt es in einigen Datenblät-
tern (bspw. dem von Fairchild) ein Diagramm namens "Output Characteris-
tics vs Current Sinking". Darin kannst du gut den von Jens ausführlich
beschriebenen Sachverhalt mit der zusätzlichen Konstantstromquelle
erkennen:

Bis ca. 40µA (bei VCC=5V) bleibt die Ausgangsspannung relativ niedrig.
Da die KSQ aber alles andere als ideal ist, ist die Spannung trotzdem
nicht 0, sondern steigt mit dem Strom. Sobald jedoch die 40µA-Grenze
überschritten wird, steigt die Spannung steil von etwa 100mV auf 500mV
(das ist das Ube des unteren Ausgangstransistors) an.

Um unterhalb dieses Spannungssprungs zu bleiben, musst du den Ausgangs-
strom, der jetzt 78µA beträgt, auf jeden Fall auf deutlich unter 40µA
reduzieren, indem du die Widerstände vergrößerst. Ich würde mal 33kΩ und
68kΩ (25µA) oder 100kΩ und 220kΩ (8µA) ausprobieren. Bei 8µA beträgt die
Ausgangsspannung laut Diagramm nur noch 35mV.

Du kannst die Widerstände noch weiter vergrößern, musst dann aber
irgendwann mit Verfälschungen durch den Offsetstrom des Opamps rechnen.
Nimmst du statt des LM324 einen FET-Opamp mit Single-Supply, kannst du
die Widerstände problemlos bis in den MΩ-Bereich erhöhen.

Noch etwas: Da der Ausgangsstrom des Opamps bei sehr niedrigen Ausgangs-
spannungen gegen 0 geht, macht sich bei höheren Sampleraten des ADC u.U.
dessen S/H-Kapazität als Last bemerkbar.

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