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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit Operationsverstärke (Spannung vergrößern)


Autor: Sam (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit einem OPV ein Sensor-Signal verstärken und mit
einem Mikrocontroller digitalisieren. Das Sensor-Signal hat
während der Messung einen relativ konstanten DC-Offsett zwischen
ca. 1 bis 2 Volt. Leider kenne ich den DC-Offset aber vorher nicht,
denn er ist von der Art und Weise abhängig, wie der Sensor vom Benutzer
bedient wird. Während der eigentlichen Messung schwankt
das Signal lediglich im Millivolt-Bereich um den DC-Offsett, der
DC-Offset selbst ist dann aber konstant.

Diese Schwankung um den DC-Offset möchte ich gerne verstärken und
über einen AD-Wandler eines µCs einlesen.
Da das ganze zudem mit ca. 5 Volt Batteriebetrieb auskommen soll,
dachte ich an einen Rail-To-Rail Single-Supply OPV (z.B. AD820).

So richtig bekomme ich das ganze aber nicht zum laufen, weder
auf Lochraster noch in einer Simulations-Software (Elektronics
Workbench, könnte aber auch an der spinnenden Software liegen).
Wenn ich das richtig verstanden habe, kann ich doch über einen
Spannungsteiler ca. 2,5 Volt an den nichtinvertierenden Eingang
geben. Das ist dann meine virtuelle Masse, der OPV bekommt dann
noch 5 Volt an VCC+ und 0 Volt an VCC-. Und genau hier sehe
ich ein Problem: Wenn ich die virtuelle Masse des OPV auf 2,5 V
anhebe(Spannungsteiler), benötige ich doch theoretisch auch bei
meinem Eingangs-Signal einen exakten DC-Offset von 2,5 Volt. Um
diesen Offset schwankt dann das Signal, der OPV soll in meinem
Fall als "invertierender Verstärker" arbeiten und verstärkt mein
Eingangssignal aufgrund der Abweichung von der virtuellen Masse.

Leider ist der DC-Offset des Sensors aber in gewissen Grenzen
von der Bedienung abhängig (ich schätze mal bis zu 1 Volt) und
somit kann ich keinen konstanten DC-Offset garantieren.
Nehme ich einen Koppelkondensator, um den DC-Offset ganz
herauszufiltern, schwankt mein Eingangssignal um 0 Volt (sozusagen
am unteren Ende des Arbeitsbereiches, weit von der virtuellen Masse
entfernt) und kann meiner Meinung nach auch nicht mehr korrekt
verstärkt werden. Hier würde dann eine symmetrische Spannung
weiterhelfen, aber die steht mir nicht zur Verfügung.
Wie geht man bei so etwas vor? Bastel ich mir eine symmetrische
Versorgungsspannung oder kann man ein Signal auf einen DC-Offset
"aufmodulieren"?

Wie kann ich das von mir beschriebene Eingangssignal mit
welchem OPV verstärken? Invertierend oder nicht ist mir völlig
egal, dass kann ich mit dem µC hinterher wieder rausrechnen,
schnell muss der OPV auch nicht sein und er darf zur Not auch
ein paar Euro kosten.

Gruß, Sam.

Autor: Andi (Gast)
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Hallo Sam

> ein Signal auf einen DC-Offset "aufmodulieren"?

Das kannst man schon machen, aber wie schnell ändert sich denn das
Nutzsignal? Wenn der Sensor ganz langsame Änderungen im mV-Bereich
erzeugt, oder das Signal um einige mV ändert und dann längere Zeit auf
diesem Wert bleibt, dann kannst du das mit dem Koppelkondensator
vergessen.

Gibt es einen Zeitpunkt an dem du sicher sein kannst dass der Sensor
nur den DC-Offset ausgibt (also eigentlich der Nullpunkt)? Zum Beispiel
beim Einschalten, oder wenn der Anwender eine Taste drückt? Dann
könntest du  in dieem Moment den Nullpunkt abgleichen, in dem du den
DC-Offset am OP vom uC einstellbar machst. Im Anhang eine Schaltung,
die das mit einer PWM erledigt.
Das Programm muss einfach den PWM-Wert so verstellen, dass der ADC z.B
seinen mittleren Wert misst, danach lässt du die PWM auf diesem Wert
und wenn der Anwender den Sensor verstellt, misst der ADC einen höheren
oder tieferen Wert.

Gruss Andi

Autor: micha b (Gast)
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Warum überhaupt der analoge Weg?

Ausgehend davon, daß "ein paar mV" mind 10mV sind kannst du das
direkt mit dem µPC machen (wenn er nen ADC hat).
Der ATMega 128 z.B. hat nen 10bit-Wandler drauf, das bedeutet bei
Vcc=5Volt:

5V / 1024 = 4,8mV pro Schritt.

Miss doch die SPG direkt mit dem µPC.

Hier bekommst du auch die Auswertung besser hin, ob es sich bei einer
Änderung nur um Offset oder auch um Signal handelt.

Vorgehensweise schematisch:
Messen, warten, nochmal messen, vergleichen, wenn Signal viel größer
passiert nix, wenn Signal nur "a bissi" größer, Zähler + 1 usw. Wenn
Zähler dann groß genug ist(also nach 0,5 sek o.ä.) kannst du sagen
Signal liegt an, wenn Messung dann wieder viel kleiner Wert = 0, warten
, nochmals messen usw.

Die Genauigkeit (einzelne Messschritte) liesen sich nochmals erhöhen,
wenn man die intern verwendete Referenzspg anstatt der Versorgungsspg
verwendet... ACHTUNG: Offset + Signal darf dann aber nicht größer Uref
sein!!!

OK? :-)

Autor: Arno H. (Gast)
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Wie schnell ändert sich der Gleichspannungsoffset, welche Frequenz hat
das Nutzsignal und wie gross ist der Ausgangswiderstand des Sensors?
Falls es nicht zu geheim ist, welcher Sensor wird verwendet?
Arno

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