Versorgungsspannung eines Instrumentenverstärkers

Michael S. OP #5871579
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Hallo zusammen.

Ich hätte eine Frage bezüglich der Spannungsversorgung eines 
Instrumentenverstärkers. Der Instrumentenverstärker soll einen Shunt 
abtasten der bipolaren Strom führt: Verbraucherstrom und Ladestrom

Die angehängte Zeichnung zeigt die Struktur grob umrissen. Die 
gestrichelten Linien zeigen die Messleitungen des Shunts. Auf eines von 
beiden Potentialen (Vers-[1] oder Vers-[2]) wird der Minus-Pol der 
Elektronik gelegt, natürlich über eine separate Leitung. Vers-[1] hat 
den Vorteil, dass die Elektronik ihren eigenen Stromverbrauch auch 
messen kann.
Für mein Problem ist das aber ohne Belang. Dadurch, dass der Strom 
bipolar ist, wird das Shunt-Potential, das nicht auf Masse gelegt wird, 
zwingend zeitweise gegenüber diesem negativ.

Meiner Meinung nach brauche ich also eine bipolare, d.h. negative 
Spannungsversorgung für den Instrumentenverstärker, oder?

Und das selbst dann, wenn dessen Ausgangsleitung nicht auf 
Massepotential sondern z.B. auf die 2,5V Referenzspannung eines 
AD-Wandlers bezogen wird.

Vielen Dank schon mal.
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Wolfgang Gast #5871597
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Michael S. schrieb:
> Ich hätte eine Frage bezüglich der Spannungsversorgung eines
> Instrumentenverstärkers.

Für mich hört sich dein Problem nach Analogelektronik an.

Warum nimmst du nicht einfach einen INA240?
(Versorgung unipolar 2.7 .. 5.5V, Sense-Eingänge -4 .. +80V).

Oder warum muss die Spannung am Shunt so besonders hochohmig mit einem 
Instrumentenverstärker abgenommen werden?
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Michael S. OP #5871631
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Vielen Dank für die schnelle Antwort.
Zweifellos ist das ein Analogelektronikproblem. Da sollte es auch hin.
Scheinbar hab ich den Thread falsch eingeordnet. Ist mein Erster, 
wahrscheinlich hab ich die Auswahl des Technikbereichs übersehen.

Der INA240 ist interessant. Der erfüllt zwar nicht die Anforderungen: Er 
müsste im DIP-Gehäuse verfügbar sein. Aber da findet sich bestimmt ein 
anderer, entsprechender.
Aber ich seh ein anderes Problem: Die Referenzspannung ist intern. Die 
ist zwar durch den Spannungsteiler in etwa bei 50% der 
Versorgungsspannung, aber veränderlich durch die Gleichtaktspannung. Gut 
die krieg ich weg, denn dieser Eingang wird ja auf Masse gelegt. 
Trotzdem seh ich das Problem, dass der Nullpunkt nicht stimmen könnte, 
da ich beim uC die selbe AD-Referenzspannung erwischen muss.

Beim Überfliegen des Datenblatts konnte ich die Widerstandswerte nicht 
finden. Aber wahrscheinlich spielt die Stromaufnahmme der 
Eingangsleitungen bei einem Milliohmshunt wirklich keine Rolle.
Dieser Baustein entspricht quasi der zweiten Stufe eines 
Instrumentenverstärkers, oder? D.h. nur der Dritte der in einem 
Instrumentenverstärker verbauten Operationsverstärker. Die ersten beiden 
sind nur zur Reduktion der Stromaufnahme? Die Messgenauigkeit müsste 
daher vergleichbar sein...

Aber ansonsten: Der Instrumentenverstärker würde eine bipolare 
Spannungsversorgung benötigen?
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minifloat Gast #5871711
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Michael S. schrieb:
> Meiner Meinung nach brauche ich also eine bipolare, d.h. negative
> Spannungsversorgung für den Instrumentenverstärker, oder?
Nö.
Du sagst ja selbst...
Michael S. schrieb:
> Und das selbst dann, wenn dessen Ausgangsleitung nicht auf
> Massepotential sondern z.B. auf die 2,5V Referenzspannung eines
> AD-Wandlers bezogen wird.
...dass du einen Offset gut brauchen könntest.

Im Anhang ( 
https://electronics.stackexchange.com/questions/103417/determining-correct-requirements-of-instrumentation-amp-in-measuring-large-curre 
) von +in nach VCC ein Pullup und du hast deinen Offset.

mfg mf
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Achim S. Gast #5871785
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Michael S. schrieb:
> Aber ansonsten: Der Instrumentenverstärker würde eine bipolare
> Spannungsversorgung benötigen?

Die Antwort darauf lautet: kommt drauf an.

"Klassische" Instrumentenverstärker mit dem oben von dir skizzierten 
3-OpAmp Design sind tastächlich recht heikel, was den Gleichtaktbereich 
am Eingang angeht. Nicht nur der Eingang selbst darf nicht in Sättigung 
gehen, sondern auch die beiden Ausgäne der ersten Verstärkerstufe dürfen 
es nicht.

Ob es da Probleme geben könnte hängt ab von
- der Gleichtaktspannung des Eingangs
- der Differenzspannung am Eingang
- dem Wert von Vref
- der eingestellten Verstärkung
- dem konkreten Instrumentenverstärkerbaustein

Eine allgemeine Antwort gibt es also nicht, es kommt auf den konkreten 
Fall an. Analysiert wird das üblicherweise anhand des Diamond-Plots
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1401.pdf

Um den Nutzern das Leben leichter zu machen haben diverse Herstelle 
entsprechende Online-Tools, die die Rechnung für dich übernehmen. Siehe 
z.B.:
https://www.analog.com/designtools/en/diamond/#difL=-0.1&difR=0.1&difSl=-0.1&gain=100&l=-8&pr=AD8422&r=8&sl=-8&tab=1&ty=1&vn=-15&vp=15&vr=0

Du gibst alle relevanten Daten deines Verstärkers ein und kannst 
ablesen, ob du im erlaubten Bereich bleibst.
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Michael S. OP #5885756
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Also vielen Dank nochmal für die prompten Antworten.

Ich werde wahrscheinlich tatsächlich den INA240 nehmen. Ich muss noch 
schauen, ob das mit den Shunts die schon vorhanden sind, und dem 
gewünschten Messbereich passt. Falls nicht, und ich nicht weiter weiß, 
dann melde ich mich nochmal.

Aber bis dahin, wie gesagt, vielen Dank.
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