Gegeben ist ein bipolares Drehspulmesswerk mit +/- 10mA Vollausschlag
und Innenwiderstand von 3Ω. Dieses soll ein entsprechendes Signal von
+/- 10mV darstellen. Zum Schutz des Messwerks möchte ich noch einen
47Ω-Widerstand seriell schalten (ergibt bei 10mA einen Spannungsabfall
von 0,5V), und parallel dazu zwei anti-parallele Dioden; daraus ergibt
sich ein nomineller Gesamt-Widerstand von etwa 50Ω bei etwa +/- 0,5V.
(Hierbei handelt es sich um die Anzeige eines Nullvoltmeters, daher
sowohl Plus als auch Minus-Anzeige; die 10mV stammen von einem LTC1050
nach der Verstärkung; das ganze als einmaliges Hobby-Exemplar).
Zur Verfügung steht eine einzelne Spannung, vermutlich irgendwo zwischen
6 und 12V, sowie eine schlechte Masse in der Mitte. (Schlecht, weil sie
durch einen Rail-Splitter TLE2426 erzeugt wird, der ebenfalls maximal
10mA ableiten kann, aber noch einige andere Stromquellen/-senken
bedienen muss.)
Mein erster Ansatz sind zwei OpAmps, von denen der eine die Spannung in
den gewünschten Strom umsetzt, und der zweite die virtuelle Masse für
das Messwerk erzeugt.
--
Jetzt ist die Frage: Welcher nicht-zu-teure OpAmp kann sicher die +/-
10mA bereitstellen (irgendwo in der Mitte der Rails), jedoch auch nicht
extrem viel mehr (vielleicht 50mA?) und hat keinen zu großen Offset?
Der LM358 ist mir mit spezifiziertem 10mA Sink Output Current etwas
knapp dimensioniert, und sein Offset von einigen mV ist mir bei 10mV ein
wenig hoch (ja, kann man wegkompensieren).
Gibt es da etwas besseres, oder bin ich da zu ängstlich?
Falls gar nichts geht, würde ich noch zusätzlich vier Transistoren
verwenden, und die beiden OpAmps eine H-Brücke steuern lassen.
Achim H. schrieb:> Gegeben ist ein bipolares Drehspulmesswerk mit +/- 10mA Vollausschlag> und Innenwiderstand von 3Ω. Dieses soll ein entsprechendes Signal von> +/- 10mV darstellen.> Mein erster Ansatz sind zwei OpAmps, von denen der eine die Spannung in> den gewünschten Strom umsetzt, und der zweite die virtuelle Masse für> das Messwerk erzeugt.
Ich weiß nicht, welche Schaltung dir konkret vorschwebt, aber die
kanonische Schaltung sieht so aus:
1
GND--[R1]--*--(M)---.
2
| |
3
`--|-\ |
4
| }--´
5
U_x-----------|+/
R1 bestimmt dabei die Empfindlichkeit. Für 10mA Vollausschlag bei 10mV
ergibt sich R1 = 10mV/10mA = 1R.
GND kannst du gerne als virtualle Masse bereitstellen, wenn du keine
symmetrische Versorgung hast. Als Schutz des Meßwerks können zwei
antiparallel Dioden dienen, wenn du dem Meßwerk einen Reihenwiderstand
spendierst, der den Spannungsabfall für Vollausschlag etwas erhöht. Z.B.
mit 27R kommst du auf 30R für Meßwerk + Vorwiderstand, was 300mV bei
Vollausschlag ergibt. Die Dioden limitieren das dann auf ca. doppelte
Spannung (mithin doppelten Strom durch das Meßwerk).
Der OPV muß für 10mV Endausschlag vor allem wenig Offset und Offset-
Drift haben. Das schließt deinen LM358 schon mal aus. Meine Wahl wäre
ein OP27 oder OP07. Wenn der Vorwiderstand des Meßwerks groß genug ist,
daß der OPV eine Verstärkung > 5 macht, geht auch ein OP37.
An den OPV für die virtuelle Masse werden gar keine Anforderungen
gestellt. Dafür tut es jeder Wald-und Wiesen OPV, so lange er +/-10mA am
Ausgang liefern kann. Alternativ könntest du auch eine negative Spannung
mit z.B. einem ICL7662 erzeugen.
Achim H. schrieb:> Der LM358 ist mir mit spezifiziertem 10mA Sink Output Current etwas> knapp dimensioniert, und sein Offset von einigen mV ist mir bei 10mV ein> wenig hoch (ja, kann man wegkompensieren).
Ich würde versuchen die Schleife mit den 10mV aus dem LTC1050 erst durch
die Ansteuerung des Drehspulmesswerks zu schließen. Dann bist Du Offsets
usw des Drehspultreibers los.
Ein LM358 mit zwei Transistoren je Ausgang scheint mir nicht sehr
aufwändig und es würde dein GND auch nicht belasten.
Axel S. schrieb:> An den OPV für die virtuelle Masse werden gar keine Anforderungen> gestellt. Dafür tut es jeder Wald-und Wiesen OPV, so lange er +/-10mA am> Ausgang liefern kann.
Das gilt aber nur, wenn es nur eine gemeinsame Masse gibt und man nicht
eine extra Drehspulmasse einfügt.
Bei einer gemeinsamen Masse muss man dann schauen, dass die 10mA die
dort reinfließen keinen Ärger machen.
Philipp C. schrieb:> Axel S. schrieb:>> An den OPV für die virtuelle Masse werden gar keine Anforderungen>> gestellt. Dafür tut es jeder Wald-und Wiesen OPV, so lange er +/-10mA am>> Ausgang liefern kann.>> Das gilt aber nur, wenn es nur eine gemeinsame Masse gibt und man nicht> eine extra Drehspulmasse einfügt.
Warum sollte man so etwas tun? Ich hätte gedacht, es wäre
offensichtlich, daß alles was "GND" heißt, miteinander verbunden wird
und irgendwie halbwegs mittig zwischen den Rails gehalten wird. Und wie
ich gerade lese, hat der TE dafür ja schon seinen TLE2426.
> Bei einer gemeinsamen Masse muss man dann schauen, dass die 10mA die> dort reinfließen keinen Ärger machen.
Offensichtlich. Ja. Die 10mA für das Meßwerk kann der TLE liefern. Wenn
da noch mehr Strom in GND fließen können soll, muß man das wohl mal mit
dem spitzen Stift nachrechnen. Kann ja gut sein, daß sich ein paar
Ströme sogar gegenseitig aufheben. Oder daß man es so auslegen kann, daß
sie es tun.
Axel S. schrieb:> Warum sollte man so etwas tun? Ich hätte gedacht, es wäre> offensichtlich, daß alles was "GND" heißt, miteinander verbunden wird
Für mich muss es nur das gleiche Potential haben und es kann teilweise
durchaus sinnvoll sein es dann nicht einfach hart zu verbinden sondern
zB mit einem OP dafür zu sorgen, dass es zwar das gleiche Potential hat
aber die Ströme die so fließen nicht irgendwo langfließen.
Axel S. schrieb:> Offensichtlich. Ja. Die 10mA für das Meßwerk kann der TLE liefern. Wenn> da noch mehr Strom in GND fließen können soll, muß man das wohl mal mit> dem spitzen Stift nachrechnen. Kann ja gut sein, daß sich ein paar> Ströme sogar gegenseitig aufheben. Oder daß man es so auslegen kann, daß> sie es tun.
Ich wollte auch nur darauf hinweisen, dass man sich dessen bewusst sein
muss. Nullmeter und LTC1050 klingt für mich so, als würde es hier auf
kleinste Spannungen ankommen. Ich habe mir auch schon mal sehr viel
Ärger eingehandelt in einer Schaltung die ppm messen sollte in dem ich
dort einen einen Teil hatte der je nach Polarität bis zu 1mA in den GND
geschickt hat.
Hier reichen ja 1mR Impedanzkopplung aus um bei 10mA bereits 10µV
Verschiebung im GND zu bekommen.
OP07 klingt sehr gut, OP27 und OP37 wegen Preis nicht ganz so schön --
muss ich mal schauen.
Die künstliche Mess-Masse möchte ich mir nicht mit den 'hohen' Strömen
versauen ...
Philipp C. schrieb:> Hier reichen ja 1mR Impedanzkopplung aus um bei 10mA bereits 10µV> Verschiebung im GND zu bekommen.
So etwas möchte ich nicht riskieren, auch wenn man dies mit geschickter
Masseführung sicherlich vermeiden bzw die genannten 10µV an Stellen
verschieben kann, wo sie irrelevant sind.
Axel S. schrieb:> An den OPV für die virtuelle Masse werden gar keine Anforderungen> gestellt. Dafür tut es jeder Wald-und Wiesen OPV, so lange er +/-10mA am> Ausgang liefern kann.
Nicht ganz: Bei der 'kanonischen Schaltung' oben würde z.B. ein
1mV-Offset des GND-Punkts schon deutliche Effekte haben.
Allerdings ist mir hier der 1Ω-Steuerwiderstand etwas zu klein, um
parasitäre (Leitungs-)Widerstände vernachlässigen zu dürfen. Vor allem,
wenn ich möglicherweise noch eine kleine Nachverstärkung x2 .. x10 haben
möchte; das ginge mit Rsense=0,1 Ohm noch, wird aber haarig.
Philipp C. schrieb:> Ich würde versuchen die Schleife mit den 10mV aus dem LTC1050 erst durch> die Ansteuerung des Drehspulmesswerks zu schließen. Dann bist Du Offsets> usw des Drehspultreibers los.
Klingt interessant, macht die Sache aber auch etwas komplizierter -- vor
allem, wenn man unerwünschte Rückkopplungen, Offsets und Masseschleifen
vermeiden möchte.
Kannst Du nicht auch einfach den Vorwiderstand des Drehspulmesswerks
erhöhen? Wenn die Spannung über dem Messwerk 40mal größer ist, dann ist
der LM358 wieder auf OP07 Niveau.
Philipp C. schrieb:> Wenn die Spannung über dem Messwerk 40mal größer ist, dann ist> der LM358 wieder auf OP07 Niveau.
Nee, nur wenn sich die Eingangsspannung um den Faktor 40 vergrößert. Der
Offset bezieht sich auf die Eingänge. Der (unkompensierte) ~1mV-Offset
des LM358 muss mit dem 10mV Eingangssignal verglichen werden, da er ja
mitverstärkt wird.
Wenn man statt +/-10mV eine Eingangsspannung +/-1V hätte, wäre der 1mV
Offset ziemlich uninteressant.
Achim H. schrieb:> Nee, nur wenn sich die Eingangsspannung um den Faktor 40 vergrößert. Der> Offset bezieht sich auf die Eingänge. Der (unkompensierte) ~1mV-Offset> des LM358 muss mit dem 10mV Eingangssignal verglichen werden, da er ja> mitverstärkt wird.>> Wenn man statt +/-10mV eine Eingangsspannung +/-1V hätte, wäre der 1mV> Offset ziemlich uninteressant.
So war es auch gemeint. Das der LM358 sich nicht selbst aus dem Offset
"rausverstärken" kann ist leider schon klar.
Darum wäre ich ohnehin immer noch dafür den Anzeigentreiber in die
Schleife des LTC einzubinden. Dann kann der LM358 auch entsprechende
verstärken. Den R1 von Axel könnte man dazu aufteilen und so könnte man
am Ausgang des LTC sogar die 10mV belassen, falls der schon am Ende ist.
Durch die hohe Spannung am Messwerk ist es dann auch wieder leicht einen
belastbaren GND für die andere Seite des Messwerks zu schaffen.
Magst Du die Schaltung ggf. mal zeigen? Dann kann man etwas besser
diskutieren.
