Schwaches Sensorsignal ideal verstärken

Markus Gast 25.05.2011 14:01 #2197934

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Hallo Elektronik-Freunde!

Ich habe ein schwaches Sensorsignal das im Bereich weniger Millivolt 
schwankt.
Nun möchte ich dieses Signal gerne so verstärken, dass es im nächsten 
Schritt die Auflösung des A/D Wandlers ideal ausnutzt.

Wenn ich also beispielsweise einen minimalen Wert von 5mV und einen 
maximalen Wert von 10mV habe, würde ich gerne das Signal so 
verstärken/verändern, dass 5mV = 0V und 10mV = 5V entsprechen.

In diesem Zusammenhang bin ich auf das Thema Instrumentation Amplifier 
gestossen, leider kenne ich mich aber schlichtweg zu wenig in der 
Thematik aus um unter den Mengen an verschiedenen Modellen hier eine 
fundierte Entscheidung zu treffen.

Deshalb hatte ich auf die Erfahrung der Foren-Experten hier gehofft, um 
mir einige Hinweise in die richtige Richtung zu geben.
Sind Instrumentation Amplifier überhaupt der richtige Weg?
Wenn ja, worauf muss ich bei der Wahl des entsprechenden ICs besonders 
achten bzw. gibt es ein konkretes Modell, das sich für einen solchen 
Einsatz bewährt hat?

Herzlichen Dank schon im Voraus für jede Hilfe, ich weiß das sehr zu 
schätzen!

Viele Grüße & noch einen schönen Tag!
Markus

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gusto Gast 25.05.2011 14:09 #2197952

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Du brauchst einen Operationsverstärker z. B. LM358 mit der Verstärkung 
von 500.


Sprich 5mV * 500  = 5V. Man beachte das der LM358 nur bis 
Betriebsspannung -1,5V aussteuert. Das heisst eine Versorgung mit 5V ist 
zu wenig um deine 5V zu erreichen. Man könnte auch einen OP der TLxxx 
Serie nehmen.

Google mal nach "nichtinvertierender Operationsverstärker"

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Lothar M. (lkmiller) Moderator (Firma: Titel) 25.05.2011 14:15 #2197962

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gusto schrieb:
> Du brauchst einen Operationsverstärker
Und ein gerüttelt Maß an Erfahrung beim Layout, um so ein winziges 
Signal "ideal" zu verstärken....

> z. B. LM358 mit der Verstärkung von 500.
Dann sollte das Sensorsignal aber mit einem Unity-Gain von nur 1MHz aber 
keine höhere Frequenz als 2kHz aufweisen...

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Michel Gast 25.05.2011 14:21 #2197975

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gusto schrieb:
> Google mal nach "nichtinvertierender Operationsverstärker"

Was soll das denn sein? Ein Operationsverstärker hat immer zwei 
gleichberechtigte Eingänge (+ & -) und kann beides.
Das Vorzeichen der Verstärkung ist das Resultat der äußeren Beschaltung.

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gusto Gast 25.05.2011 14:24 #2197977

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@Michael: Ohmann... Dann Empfehle ich es dir Ebenfalls, dich mal über 
Operationsverstärker zu informieren!

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Lothar M. (lkmiller) Moderator (Firma: Titel) 25.05.2011 14:25 #2197981

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Michel schrieb:
> Das Vorzeichen der Verstärkung ist das Resultat der äußeren Beschaltung.
Nein, es kommt nur darauf an, an welchem Eingang das Signal (letztlich) 
angeschlossen wird...

So stimmt es allerdings:
Die Verstärkung ist das Resultat der äußeren Beschaltung.

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Uwe Gast 25.05.2011 14:47 #2198033

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Der Innenwiderstand des Sensors ist auch noch wichtig. Der 
Operationsverstärker sollte einen um mehrere Größenordnungen höheren 
Eingangswiderstand als die Signalquelle haben. Und das 
Gain-Bandbreite-Produkt sollte auch Stimmen (also Größer als 
Verstärkung*Abtastfrequenz).

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Markus Gast 25.05.2011 15:58 #2198117

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Lothar Miller schrieb:
>> Du brauchst einen Operationsverstärker
> Und ein gerüttelt Maß an Erfahrung beim Layout, um so ein winziges
> Signal "ideal" zu verstärken....

Da du die scheinbar im Gegensatz zu mir hast, wäre ich für einige der 
wichtigsten Tipps & Tricks sehr dankbar! ;)


Also tut es ein normaler Operationsverstärker und man braucht keinen 
Instrumentation Amplifier ("echter" OP auf deutsch glaube ich)?

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Jens G. (jensig) 25.05.2011 16:17 #2198143

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>>> Du brauchst einen Operationsverstärker
>> Und ein gerüttelt Maß an Erfahrung beim Layout, um so ein winziges
>> Signal "ideal" zu verstärken....

>Da du die scheinbar im Gegensatz zu mir hast, wäre ich für einige der
>wichtigsten Tipps & Tricks sehr dankbar! ;)


>Also tut es ein normaler Operationsverstärker und man braucht keinen
>Instrumentation Amplifier ("echter" OP auf deutsch glaube ich)?

"ideal" bekommst Du es mit keiner Schaltung und keinem Layout hin - 
immer gibt's ABweichungen vom Ideal. Und bei einem LM385 dürfte die 
Abweichung vom Ideal im Bereich des Signal selbst liegen. Daselbe bei 
den üblichen TL-Teilen.
Nimm einen Instrumentenverstärker, denn bei einem ΔUi=5mV, welches auf 
ΔUa=5V verstärkt werden soll, sollte man schon auf sehr kleine Offsets 
und deren Driften achten. Auch brauchste Rail-to-Rail, falls der 
Verstärker mit nur +5V versorgt werden kann, z.B. INA122 ist glaube ich 
recht gut - gibt aber vielleicht auch bessere. Exakt 0 oder 5V wirste am 
Ausgang auch nur theoretisch erreichen bei Ra=unendlich. Paar mV in 
realen Schaltungen wird es schon weniger als 5V / mehr als 0V sein.

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Markus Gast 25.05.2011 17:15 #2198225

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Vielen Dank für die Infos Jens, das hilft mir schon deutlich weiter.
Konkret 0V und 5V sind auch nicht wirklich notwendig, ich will eben nur 
eine möglichst gute Ausnutzung der Auflösung des AD-Wandlers erreichen, 
so dass auch geringe Unterschiede im Signal erkannt werden können.

Bei den "üblichen Verdächtigen" à la Conrad, Reichelt und co konnte ich 
den INA122 zwar bisher nicht finden, aber ich schaue mal weiter.
Falls jemand noch ein alternatives Modell empfehlen kann, immer her 
damit :)

Grüße & Danke noch mal an alle und an Jens im speziellen!
Markus

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Olaf Gast 25.05.2011 17:24 #2198234

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> Falls jemand noch ein alternatives Modell empfehlen kann, immer her
> damit :)

Das ist wesentlich schwieriger als du glaubst. Ausserdem kann man dir 
eigentlich nicht vernuenftig helfen solange du keine Angaben ueber obere 
und untere Grenzfrequenz, Ausgangswiderstand deiner Signalquelle und 
notwendigen Rauschabstand machst.

Als Einstieg liess erstmal Opamps for everyone durch.

Olaf

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Ulirch Gast 25.05.2011 17:51 #2198280

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Den Instrumenten Verstärker kann man gut gebrauchen, wenn das Signal als 
Differenz mit vorliegt. Wenn das Eingangsignal schon gegen Masse ist, 
kann man auch einen einfachen OP nehmen, ggf. auch dem LM358. Der LM358 
ist aber nicht Rail-Rail, das stört aber nicht weiter, wenn der Bereich 
des ADs nur bis z.B. 2,5 V geht. Eine Rail-Rail Alternative, falls man 
bis knapp 5 V gehen will, wären z.B. TS912 oder MCP6002 (oder als 
Einfach OP MCP6001).

Bei der hohen Verstärkung (z.B. 500 fach), ist es auch kein Problem 
einen kleinen Offset bei nicht invertierenden Verstärker dazu zu 
addieren - das geht einfach am nicht invertierenden (+) Eingang über 
einen zusätzlichen Widerstand zu einer Ref. Spannung.

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Schwaches Sensorsignal ideal verstärken

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