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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV-Verstärkerschaltung


Autor: Martin Schuster (Gast)
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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!

Autor: Martin Schuster (Gast)
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Was haltet ihr vom µA741 bzw. LM348?

Autor: harryup (Gast)
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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

Autor: The Daz (Gast)
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Vergiss ganz schnell den uA741. Das ist was fuer die 70er.

Autor: Markus (Gast)
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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

Autor: Egon (Gast)
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@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 ;-)

Autor: Martin Schuster (Gast)
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Der Ausgang des OPVs soll über eine Messkarte in den PC eingelesen
werden.
Was bedeutet rail2rail?

Autor: Martin Schuster (Gast)
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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.

Autor: Markus (Gast)
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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

Autor: Martin Schuster (Gast)
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@ 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??

Autor: Markus (Gast)
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Hallo Martin,

das sollte so funktionieren.

Grüße, Markus

Autor: Martin Schuster (Gast)
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Hallo Markus,

schönen Dank!!
gruß
ms

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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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.

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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> 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

Autor: Felippo (Gast)
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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.

Autor: Martin Schuster (Gast)
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@ 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??

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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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.

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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@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!

Autor: Marco S. (masterof)
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in der Berufschule sagt unser Lehrer das der OP ein ideales Bauteil und
des wegen so einfach ist.

Autor: Drei Newton (3_newton)
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Stimmt in gewisser Weise auch. Der Sinn ist ja eben die Verstärkung vom
Bauteil selbst unabhängig zu machen. (Vgl. Erfindung des OPA)

3N

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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'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.

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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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.

Autor: Martin Schuster (Gast)
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@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?

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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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.

Autor: Martin Schuster (Gast)
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@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?

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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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/39...

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!

Autor: Egon (Gast)
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>>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.

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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>>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.

Autor: Egon (Gast)
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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.

Autor: MichiB (Gast)
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> 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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