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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Differenzverstärker ohne Masseverbindung?


Autor: masselos (Gast)
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Hallo, eine kleine Verständnisfrage: Mal angenommen, es liegt ein 
symmetrisches Signal vor: S+ und S-, meinetwegen ein Sinus mit 1V 
Amplitude. Beide haben eine Offsetspannung von 50V gegen die 
Schaltungsmasse. Könnte man jetzt das Signal mit einem 
Differenzverstärker messen, indem man kapazitiv die beiden Signale 
einkoppelt auf einen OPV, aber die Schaltungsmasse nicht verwendet? Also 
so:

                             R1
S+ --------||-----------------------OPV(+)
           C1: 2,2uF/5V      R2

                             R3
S- --------||-----------------------OPV(-)
           C2, 2,2uF/5V      R4
                                    GND2 (z.B. OPV-Schaltung mit
                                          Batteriebetrieb)
(DC-Offset=50V)


GND1

Oder andes gefragt: Ist das eine Möglichkeit, die Signalmassen GND1 und 
GND2 zu trennen und dabei den Offset zu eliminieren? R1 bis R4 sollen 
Spannungsteiler sein zwischen der Betriebsspannung des OPV und GND2..

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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> Hallo, eine kleine Verständnisfrage: Mal angenommen, es liegt ein
> symmetrisches Signal vor: S+ und S-, meinetwegen ein Sinus mit 1V
> Amplitude. Beide haben eine Offsetspannung von 50V gegen die
> Schaltungsmasse. Könnte man jetzt das Signal mit einem
> Differenzverstärker messen, indem man kapazitiv die beiden Signale
> einkoppelt auf einen OPV, aber die Schaltungsmasse nicht verwendet? Also
> so:
>
>                              R1
> S+ --------||-----------------------OPV(+)
>            C1: 2,2uF/5V      R2
>
>                              R3
> S- --------||-----------------------OPV(-)
>            C2, 2,2uF/5V      R4
>                                     GND2 (z.B. OPV-Schaltung mit
>                                           Batteriebetrieb)
> (DC-Offset=50V)
>
>
> GND1

kann man machen, ist aber nicht ratsam. Der Differenzverstärker hat nur 
einen begrenzten Gleichtaktbereich, der bei getrennten Massen durch 
Störsignale leicht überschritten wird.

> Oder andes gefragt: Ist das eine Möglichkeit, die Signalmassen GND1 und
> GND2 zu trennen und dabei den Offset zu eliminieren? R1 bis R4 sollen
> Spannungsteiler sein zwischen der Betriebsspannung des OPV und GND2..

Es ist garnicht nötig, die Massen aufzutrennen. C1 und C2 "eliminieren" 
doch sowieso den Gleichspannungsanteil, sofern sie min. 50 Volt 
Spannungsfestigkeit haben.

Jörg

Autor: masselos (Gast)
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>kann man machen, ist aber nicht ratsam. Der Differenzverstärker hat nur
>einen begrenzten Gleichtaktbereich, der bei getrennten Massen durch
>Störsignale leicht überschritten wird.

Wie kommt das bzw. was bedeutet das? Das ist mir nicht klar.. Wenn es 
also auf der rechten Seite Störsignale gibt, sollten die doch wirken auf 
beide Signale und die Masse GND2?

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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masselos wrote:
>>kann man machen, ist aber nicht ratsam. Der Differenzverstärker hat nur
>>einen begrenzten Gleichtaktbereich, der bei getrennten Massen durch
>>Störsignale leicht überschritten wird.
>
> Wie kommt das bzw. was bedeutet das? Das ist mir nicht klar.. Wenn es
> also auf der rechten Seite Störsignale gibt, sollten die doch wirken auf
> beide Signale und die Masse GND2?

Beim "Einheits-Differenzverstärker" wird die Spannung des nicht 
invertierenden Eingangs durch zwei geteilt. D.h., wenn Du bei einer 
Betriebsspannung von +15V einen Offset von +30V überschreitest, 
überschreitet die Eingangsspannung die Betriebsspannung des OPVs, sodass 
dieser nur noch Unsinn am Ausgang macht, bzw. auf eine der 
Betriebsspannungen schaltet. Die Störspannung zwischen zwei mit 230 V AC 
betriebenen Geräten, deren Massen nicht miteinander verbunden sind, 
liegt regelmäßig bei über 100V. Man kann die Störspannungsfestigkeit 
eines Differenzverstärkers durch andere Teilungsverhältnisse zwar 
deutlich erhöhen, aber das verringert die Verstärkung, die Genauigkeit 
und letzlich den erzielbaren Rauschabstand.

Jörg

Autor: masselos (Gast)
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Und wenn die rechte Seite mit Batterie betrieben wird (siehe Skizze) - 
kann ich da überhaupt einen DC-Offset erhalten, der über der 
Batteriespannung (sagen wir mal 6V) liegt?

Autor: Thilo M. (Gast)
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Sehe ich das richtig, dass du einen symmetrischen Eingang für z.B. ein 
Mischpult mit Phantomspeisung bauen willst? Falls ja, da könnte ich dir 
was einscannen.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi,  masselos,

Du: "Könnte man jetzt das Signal mit einem Differenzverstärker messen, 
indem man kapazitiv die beiden Signale einkoppelt auf einen OPV, aber 
die Schaltungsmasse nicht verwendet?"

Grundsätzlich ja.
Aber:
1. Schutzbeschaltung für jeden Eingang - Schutzdioden leiten 
Überspannungen ab.
2. Ruhepegel für jeden Eingang.
3. Maßnahmen gegen Gleichtaktstörungen.
4. Protokoll: Du kannst nicht beliebige Daten übertragen, sondern nur 
gleichspannungsfreie Signale, also z.B. Manchester-kodiert.

Ciao
Wolfgang Horn

Autor: masselos (Gast)
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Es ging mir prinzipiell nur darum, ob der Spannungsunterschied zwischen 
S+ und S- ausreicht, um eine Messung durchzuführen mit einem OPV als 
"Subtrahierer", ohne die Masse verwenden zu müssen. Ich will nichts mit 
Mikrofon bauen.. Und es geht nur um den Wechselspannungsanteil des 
Signals, keine Gleichspannung. Werde es einfach mal ausprobieren :-)

Autor: schnudl (Gast)
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Da ich mich momentan für Differenzverstärker interessiere...

Wenn man die Massen verbindet, wie dies hier die Lehrmeinung zu sein 
scheint, dann wird der DC-Anteil zwar "weggefiltert", aber nicht im 
ersten Moment: Denn beim ersten Zuschalten und immer dann, wenn sich der 
50V Pegel aus irgendeinem Grund ändern sollte (siehe Bild), gehen die 
50V im ersten Moment 1:10 durch die Kondensatoren durch, zumindest am 
In(-) Eingang. Ich weiss nicht, ob sich ein durchschnittlicher 
Differenzverstärker sehr über 50V an seinen Eingängen freut, vor allem, 
wenn dieser Pegel weit über der positiven Versorgung zu liegen kommt.

Das Problem hätte man (meiner Meinung nach) nicht, wenn man die Massen 
eben NICHT verbindet und das ganze im Floating Mode betreibt (natürlich 
aber mit den beiden Widerständen, die sowohl das Eingangssignal 
referenzieren, als auch für den Abtransport des Eingangsstroms sorgen). 
Ein Differenzverstärker ist ja genau dafür da - oder? In diesem Fall 
bringt man jede Signalform drüber, solange sie über der Grenzfrequenz 
des Tiefpasses liegt, und zwar ungeachtet dessen, was sich mit den 
überlagerten 50V tut und welche Welligkeit hier u.U. draufsitzt.

Nichtsdestotrotz: Man sollte die Eingänge natürlich trotzdem 
entsprechend absichern, da man ja nicht wissen kann, was von so einer 
Umgebung kommt.

Ist natürlich nur meine persönliche Meinung...

Autor: masselos (Gast)
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ich hab es inzwischen ausprobiert - es funktioniert tadellos.. schnudl 
scheint irgendwie recht zu haben.. :-)

Autor: schnudl (Gast)
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Die 50V sind gegen die linke Masse oder gegen die Masse der 
Messschaltung?
Ich habe ersteres angenommen.

Autor: masselos (Gast)
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Ja, auf der linken Seite.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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masselos wrote:
> ich hab es inzwischen ausprobiert - es funktioniert tadellos.. schnudl
> scheint irgendwie recht zu haben.. :-)

nicht wirklich. Differenzverstärker taugen nur da, wo sichergestellt 
ist, dass die Massen einigermaßen "dicht" beieinander liegen. Ob diese 
Bedingung in diesem speziellen Fall erfüllt ist, kann man aus Deinen 
spärlichen Angaben leider nicht herauslesen. Dass es bei Dir gerade 
funktioniert, kann reiner Zufall sein, denn die Eingangswiderstände des 
Verstärkers bewirken einen hochohmigen Potentialausgleich. Normalerweise 
treten zwischen den Massen verschiedener Systeme Störspannungen auf, die 
weit höher sind als der Arbeitsbereich des Verstärkers und die von den 
Eingangswiderständen nicht abgeleitet werden können. Das führt dann zu 
erheblichen Störspannungen im Nutzsignal und im Extremfall zur 
Zerstörung des OPVs.
Differenzverstärker verwendet man hauptsächlich dort, wo bereits eine 
definierte Verbindung zwischen den Massen beider Systeme existiert oder 
ein System sehr klein und überschaubar ist, sodass einfach keine 
größeren Störspannungen auftreten können. In allen anderen Fällen ist 
ein Trennübertrager (bei AC) oder ein Trennverstärker angesagt.

Jörg

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