Hallo, ich habe mehrere signalgleichspannungen im mV-Bereich die ich für eine größere Genauigkeit beim A/D-Wandeln gern verstärken würde. Will dazu die schaltung "nichtinvertierender Verstärker" aus dem tutorial nutzen. Kann man selbige so übernehmen, oder stellt sie nur eine prinzipschaltung dar und muss noch ergänzt werden? Sollte man den dort angegebenen OPV (LM1458D) verwenden? In welcher Größe sind die R zu wählen (habe ja bei bekannter verstärkung 2 unbekannte)? Wäre für eure hinweise sehr dankbar!
hi, grundsätzlich kannst du die schaltung so übernehmen. zu beachten ist allerdings, dass die meisten opamps nicht in der lage sind, den ausgang bis 0v abzuregeln, was das ergebnis bei einem millivolt-signal am input schon erheblich verfälschen kann. der lm358 bzw 258 verrichtet beste dienste als (fast) rail-to-nichtganzrail opamp, d.h. er kann den ausgang von fast 0 bis ca. 1v unterhalb der versorgungsspannung stabil regeln. die erforderlichen widerstände bestimmt dein eingangssignal, wenn es niederohmig und stabil ist (z.b. thermoelement) kannst du gepflegt im unteren kiloohm-bereich toben, wenn es empfindlich und leicht verfälschbar (plattenspieler-abtastsystem) ist, muss der eingangswiderstand hoch sein, damit die signalquelle nicht belastet wird. hoher eingangswiderstand bedeutet allerdings auch grosse empfänglichkeit für störungen, die von aussen in die schaltung einstreuen. deshalb immer so impedanzarm wie möglich arbeiten. grüssens, harry
Hi Martin, beim nichtinvertiernden Verstärker belastest du die Signalquelle nicht. Zu den Widerständen: du musst halt schauen, dass du den Ausgang des OPs nicht zu stark belastest -> Datenblatt. Wenn der OP wirklich auf 0 runter soll, kommst du um einen Rail2Rail nicht rum. Grüße, Markus
@The Daz, kommt darauf an, was man will. Den 741 nehme ich immer, wenn ich hohes Rauschen, hohen Bias-Strom und hohe Offsetdriften brauche. Ein ideales Teil dafür ;-)
Der Ausgang des OPVs soll über eine Messkarte in den PC eingelesen werden. Was bedeutet rail2rail?
p.s. der eingang der opvs (die ausgangsspannung eines strahlungssensors) liegt im mV bereich, bleibt aber nahezu konstant, dass heißt sie wird nie null. Es geht hier darum, in einem langzeittest die veränderung der Sensorausgangsspannung zu messen. Idealerweise bleibt sie also zunächst konstant in dem genannten berecih.
Rail2Rail bedeutet, dass du den OP mit +Ub und Masse versorgst, und nicht mit +- Ub wie bei "normalen" OP's. Wenn der OP Amp lange zeit stabil bleben soll, schau dir mal den OP 07 an. Grüße, Markus
@ Markus OP 07 hört sich gut an! Vielen Dank. Rail2Rail sollte ja dann kein problem sein, da die eingangsspannung sowieso größer 0 ist. Habe mir für eine Verstärkung von 50 jetzt die Widerstände 1k und 49k (47+2) ausgesucht. (v=1+R2/R1) Kommt das hin??
DC Verstärkung 50? Das riecht nach Offsetärger. Schalte in Serie(!) zum '+'-Eingang des OP einen Widerstand, der die Quellimpedanz so erhöht, dass Sie R1 parallel R2 entspricht. Prüfe in jedem Fall, wie genau Dein Signal verstärkt wird.
> Rail2Rail bedeutet, dass du den OP mit +Ub und Masse versorgst, und > nicht mit +- Ub wie bei "normalen" OP's. Nee, bedeutet es nich. Rail2Rail heißt, daß der OP mit seiner Ausgangsspannung 'nahe' an seine Versorgungsspannungen rankommt. Cheers Detlef
Rail-to-Rail heisst erstmal nur von Versorgungsspannung A bis Versorgungsspannung B. Ob dies eingangs- und/oder ausgangsseitig der Fall ist, muss dann noch näher spezifiziert sein.
@ Christian Rötzer Wie kommst du auf offsetärger? Ich kann jetzt sagen, dass mein sensor eine spannung von 5mv (Eingang vom opv) liefert. Diese soll so vergrößert werden, dass der Spannungsbereich meines Messsystems (+/-10V) möglichts weit ausgenutzt wird (fehler bei A/D-Wandl. verkleinern). Dementsprechend wird faktor 50 nicht reichen, es können auch 1000 sein, damit aich auf 5 V komme! Ist das noch möglich??
ich habe irgendwie das Gefühl, das du Strom messen willst. Weshalb sonst auch 5mV. Dann schau doch mal bei Allegrmicro, Analog Devices oder Linear Technology nach Currentsene OPV. Da ist alles fix und fertig für High und Low Site Messung.
@Martin Es hängt zwar alles von Deiner gewünschten Präzision ab, aber grundsätzlich kannst Du mit einem LM358 keine Gleichspannung von 5mV auf 10V hochziehen (ist jetzt sicher das Extrem). Bedenke, dass ein OpAmp kein ideales Bauteil ist. Je nach Qualität "sieht" ein OpAmp von aussen nicht messbare Spannungen, die einfach mitverstärkt werden. Diese nennt man Offsetspannung. Ziel ist es, einen OpAmp mit kleiner Offsetspannung herzustellen, so ein LM358 hat schnell mal 10mV Offset beinander und somit geht Dein Signal im Offset unter. Es gibt auch durchaus bessere OpAmps mit Offset 100µV oder weniger. Alles nur eine Frage des Preises. Die Krönung der Schöpfung zur Verstärkung kleiner DC-Signal sind sog. Chopper-OpAmps, die das DC-Signal in AC umsetzen, verstärken und wieder gleichrichten. Kommentare sind an dieser Stelle willkommen. Über Offsetströme müssen wir uns wohl auch noch unterhalten und darauf bezog sich mein erstes Positing. Was ist das für eine Signalquelle, die Du da messen willst? Wenn der Herr Henning recht hat, könnte sich alles in Wohlgefallen auflösen!
in der Berufschule sagt unser Lehrer das der OP ein ideales Bauteil und des wegen so einfach ist.
Stimmt in gewisser Weise auch. Der Sinn ist ja eben die Verstärkung vom Bauteil selbst unabhängig zu machen. (Vgl. Erfindung des OPA) 3N
'nabend, was ist gegen eine negative Betriebsspanung einzuwenden? Vernünftige "entrauschte" +-12V an den OPV und man hat erstmal reproduzierbare Werte. So einen 2W DC/DC Wandler habe ich erst bei Reichelt im Katalog gesehen. Dann kann man den Offset-Fehler mit einem TL081 oderso wegregeln. Also so würde ich es machen - bei gerademal 5mV über Null. Gruß AxelR.
Die Eingangsspannung von 5mV gegen null ist sicherlich ein Thema, sollte aber vom LM358 gegessen werden. Wenn die Spannungen negativ werden sollen (+/- 10V Ausgangsspannung) kommt man um eine +/- Versorgung sicher nicht herum. Dass man allerdings bei einer DC-Vestärkung von 1000 mit Offsetregelung etwas ausrichten kann, halte ich für gewagt. Wen das interessiert kann sich ja mal die Offsetdrift gängiger OPs anschauen, falls spezifiziert. Stichwort Langzeitstabilität und Temperaturbereich. Dann schon eher das Eingangssignal gegen Masse tasten und die Differenz messen. Mit Masse meine ich dann aber auch < 0.00005V und ohne die Impedanz zu verändern.
@Christian Rötzer Die Signalquelle ist ein Thermopile. Dessen Ausgangsspannung und nicht -strom will ich messen. Die Spannungen sollen nur positiv sein. Als OPV waren wir doch zuletzt beim OP07 stehen geblieben. Sollte das mit dem OPV nicht fkt., gibt es noch andere möglichkeiten?
Der OP07 ist in der Tat ein tolles Teil, preiswert und gut für Deine Anwendung geeignet. Typ. 30uV Offsetspannung sprechen schon für sich. Sehr niedriger Biasstrom, den brauchst Du erst mal gar nicht berücksichtigen. Bau Deine Schaltung auf und teste! Der typ. Fehler durch den Offset bei Vollaussteuerung mit 5mV beträgt 0.03mV/5mV = 0.6%, das ist schon recht wenig. Ob's reicht, weisst Du selber am besten. Wenn die Spannung gegen Masse zur Verfügung steht brauchst Du aber auf alle Fälle noch eine bipolare Versorgung für den OpAmp, wie es AxelR bereits oben angedeutet hat. Dieser OpAmp kann keine auf seine negative Versorgung bezogenen Eingangsspannungen verarbeiten, die unter 1-2V sind.
@Christian Rötzer Sind wirklich +-12V für den opv erforderlich oder reichen +-5V? Was hat es mit dem DC/DC Wandler und dem TL081 auf sich?
Das folgende gilt speziell für OP07: Exakt betrachtet brauchst Du -3V und +13V: -3V, damit der OpAmp am Eingang sicher 0 Volt verarbeiten kann und damit er 0 Volt am Ausgang liefern kann. +13V, damit er am Ausgang auch sicher 10V liefern kann, die Du früher wolltest. Schau Dir das Datenblatt an: http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/39161232478959OP07_c.pdf unter Input Characteristics / Output Characteristics So eine komische Spannungsversorgung ist aber nicht gängig. Theoretisch wäre in der Tat ein DC/DC-Wandler, der +/- 15V erzeugt hilfreich. Der TL081 war nur ein anderer OpAmp von AxelR, der ist aber ein wenig unterdimensioniert. Da driftet der Offset schon mit 18µV pro Grad!
>>Der typ. Fehler durch den Offset bei Vollaussteuerung mit 5mV >>beträgt 0.03mV/5mV = 0.6%, das ist schon recht wenig. Dieser Fehler kann vernachlässigt werden, wenn der Offset vom Ergebnis abgezogen wird. Es sind nur die Driften von V-offset und I-bias von Belang. Sofern die Eingänge niederohmig sind, ist der Eingangsruhestrom zu vernachlässigen. Ansonsten wäre der OP07 eine Möglichkeit. Abhängig vom nachgeschalteten AD-Wandler sind bessere Ausführungen (OPA227) zu empfehlen, die eine bessere Ausgangstufe haben.
>>Der typ. Fehler durch den Offset bei Vollaussteuerung mit 5mV >>beträgt 0.03mV/5mV = 0.6%, das ist schon recht wenig. > Dieser Fehler kann vernachlässigt werden, wenn der Offset vom > Ergebnis abgezogen wird. Und wie machst Du das konkret? Bei einer Verstärkung von 1000? Dass man das Signal gegen Masse tasten könnte, habe ich auch schon erwähnt, aber das macht die Sache auch nicht einfacher.
Du mußt die Schaltung sowieso abgleichen. Entweder mit Potis oder durch gespeicherte (EEPROM) Referenzwerte. Mit Potis sollte klar sein: Eingang kurzschließen und Ausgang auf +/-0 V einstellen (Offsetabgleich). Danach definiertes Eingangssignal anlegen und Ausgang auf Sollwert bringen (Verstärkungsabgleich). Wenn Dein ADC nur positive Eingangsspannungen verarbeiten kann, legts Du einen Widerstand in Reihe vom OP zum ADC und vom ADC-Eingang einen gegen Vref. Typische Werte: 100Ohm und 1k. Damit wird dann bei 0V Eingangsspannung ein kleines pos. Eingangssignal am ADC erzeugt - etwa 10% von Vref. So können dann kleine negative Ausgangsspannungen vom OP gemessen werden. Vorgang wie gehabt: 1. ADC-Wert bei kurzgeschlossenem Eingang messen und speichern; 2. ADC-Wert bei definiertem Eingangssignal speichern. Beim Messen diese Werte entsprechend verrechnen. Beim Verrechnen sein nicht knauserig: rechne mit 'float' und Du hast keine Probleme mit Wertebereich, Auflösung und Rundung.
> Die Signalquelle ist ein Thermopile. Die Spannungen sollen nur positiv
sein.
Das ist leider falsch. Die Ausgangsspannung ist abhängig von der
Temperatur des Objektes, welches du messen willst und der Temperatur
des Sensors selber.
Bedeutet, liegt die zu messende Temperatur unter der Temperatur des
Sensors ist die Ausgangsspannung negativ.
Desweiteren solltest du auf kleinen Input-Offset sowie Offset-Drift
achten.
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