Problem mit Gleichspannungsverstärker

[Tom B. (tomybyte)]

Hallo,

habe diesen Beitrag auch im deutschen Forum von Arduino gepostet, doch 
denke ich, dass hier in diesem Forum mehr Elektronik-Experten vertreten 
sind und mir helfen können das Problem zu lösen.

Mir geht es imgrunde um einen Gleichspannungs-(Mess)Verstärker, der 
niedrige Gleichspannungen (auch AC-überlagerte) so verstärken kann, dass 
ein Ausgangslevel von 0-5V erreicht wird. Soll zur Verstärkung der 
Ausgangssignale von speziellen Sensorschaltungen dienen für den 
Analogeingang eines ATmega328.
Nach Recherchen im Internet, auch hier auf mikrocontroller.net und nach 
Reaktivierung meiner alten Elektronikkenntnisse, habe ich nun einen 
Gleichspannungsverstärker gebaut, der ein niedriges Eingangssignal 
(0-200mV) auf bis zu 5V (4,5V) verstärken soll (also ca. 20fach). Wenn 
ich mit einer relativ niederohmigen Spannungsquelle (Spannungsteiler 
100k an 5V) eine Spannung z.B. 12mV an den Eingang (INPUT) lege, dann 
erhalte ich recht exakt 240mV am Ausgang (OUTPUT). Auch wenn ich damit 
100mV anlege erhalte ich noch vertretbare 2,2V.
Im Leerlauf, ohne angelegte Eingangsspannung liegen allerdings am 
Eingang ca. -15mV (rel. kurze Leiterbahnen, kein angeschlossenes Kabel) 
und am Ausgang -700mV. Ich kann mir das nicht so recht erklären. Hat 
jemand eine Ahnung was da los sein könnte.

Das hat Auswirkung auf hochohmige Signale (z.B. ein HF-Detektor: Bipol 2 
Drähte 6cm, Schottky-Diode dazwischen und abgeleitet mit R-C-R 
Tiefpass), denn hier liegen schon ohne Empfangssignal über 1 Volt am 
Ausgang.

Vielleicht muss diese Grundschaltung noch weiter optimiert werden, denn 
eigentlich benötige ich einen hochohmigen Messverstärker, dessen Ausgang 
auf 0V abgeglichen werden kann. Kennt dafür jemand eine möglichst 
einfache Schaltung oder weiss, wie ich meine verbessern müßte? Bin für 
jeden Hinweis dankbar!

Schaltung im Anhang als Bild: Ein LM555, der als Ladungspumpe arbeitet, 
zur Erzeugung einer negativen Hilfsspannung von ca. -2,5V für den OP-Amp 
741, dieser arbeitet als gegengekoppelter nichtinvertierender 
Verstärker.
Gegenüber der abgebildeten Schaltung habe ich für die Kontroll-LED nur 
einen 470 Ohm Widerstand und kein 150 Ohm eingebaut, somit verbraucht 
die gesamte Schaltung ca. 9,5 mA

Gruß Tom

[MaWin (Gast)]

> Vielleicht muss diese Grundschaltung noch weiter optimiert werden,

Vielleicht sogar so, daß sie funktioniert ?

Wer hat dir eigentlich erzählt, daß seit 40 Jahren nach 
auf-den-Markt-bringen des uA741 und NE555 keine weiteren Bauteile mehr 
erfunden wurden ?

Schmeiss den uralten obsoleten OpAmp raus und ersetze ihn gegen einen 
TS912 (oder einen der tausend anderen aktuellen Rail-To-Rail-OpAmps) und 
du kommt mit 5V und Masse aus.


Dein uA741 braucht nicht nur negative (-2.5V), sondern auch mehr als 5V, 
um 5V liefern zu können. EIN Blick ins Datenblatt hätte dir das sagen 
können.

Ausserdem ist es sinnvoll, den Ausgang auch an OUT anzuschliessen, sonst 
misst du immer 0V.

Und ja, man kann (negative oder sonstige) Betriebsspannung mit 
Schaltreglern oder Spannungsverdopplern/invertern erzeugen, wenn man die 
Störungen im Griff hat. Aber auch dazu nimmt man nicht den uralten 
NE555, sondern Kondensatorspannungswandler wie ICL7660 oder Schaltregler 
wie LM2595.

Bilde dich weiter:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.2

[Tom B. (tomybyte)]

Hi MaWin,

OK der OUTPUT liegt an Pin6 des 741 und nicht an J3. Die Zeichnung hab 
ich für diese Anfrage geändert und vergessen den Pin6 (OUTPUT) noch an 
einen externen PIN zu führen.
Mir ist schon klar, dass ich bei dieser Schaltung keine Ausgangsspannung 
von 5V erreiche, sondern wahrscheinlich nur 4,4 V, doch das ist nicht 
mein eigentliches Problem, auch arbeitet die Ladungspumpe i.d.R. recht 
robust und ist eine bewährte Schaltung.

Imgrunde funktioniert die Schaltung schon, bei rel. niedrigen Impedanzen 
der Spannungsquellen.
Nur eben nicht bei hochohmigen Quellen. Vielleicht benötige ich auch 
einfach nur noch einen Impedanzwandler zwischen HF-Detektor und dem 741 
Eingang.

Wenn das seltsame Verhalten meiner jetzigen Schaltung ein systematischer 
Fehler sein sollte, dann müßte ich ihn mit entsprechender Beschaltung 
beheben können, denn trotz des Alters ist der uA741 ein millionefach 
bewährter OP-Amp. Oder?
Der TS902/TS912 hat auch schon mind. 15 Jahre auf dem Buckel, aber gut, 
er ist zwar etwas teurer als der uA741, doch sind darin 2 OPs enthalten. 
Hab hier noch einen TL062, ist zwar auch Dual und sehr hochohmig, aber 
kein Rail2Rail.

Wie wäre denn der TS902/TS912 zu beschalten, damit am Ausgang wirklich 
0V liegen, wenn am Eingang ebenfalls kein Signal anliegt und kennst Du 
ein Beispiel für einen Nullabgleich?

Danke, Tom

[Harald Wilhelms (Gast)]

Tom B. schrieb:

> trotz des Alters ist der uA741 ein millionefach
> bewährter OP-Amp.

Pferde als Transportmittel waren auch mal millionenfach bewährt.
Wenn Du eine vernünftige Lösung willst, solltest Du nicht gerade
den Grossvater heutiger OPV nehmen; mit den Vätern kämst Du auch
schon zurecht. Vermutlich würde sich schon ein LM358/324 eignen.
Modernere OPV haben dann auch noch niedrigere Offsetspannungen.
Gruss
Harald