Hallo Community,
ich habe folgendes Problem:
Es existiert ein Signal 0,1V...1,75V. Dieses Signal soll auf einen
AD-Wandler gegeben werden. Hierbei muss das Signal mit einem Offset
beaufschlagt werden und um den Faktor 2,3 verstärkt werden. Der Offset
soll dabei statisch sein und nicht mitverstärkt werden. Mein Plan:
(0,1V *2,3) + 0,4V --> 0,66V
(1,75V * 2,3) + 0,4V --> 4,425V
Ich möchte das ganze mit einem Nichtinvertierendem OPV machen, möglichst
Single Supply. Das hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_mit_Offset
habe ich schon probiert. Leider hats nicht hingehauen. Das Signal war
danach nicht mit dem Offset beaufschlagt. Muss man da was bei den
Widerstandsverhältnissen beachten?
Weiterhin habe ich die Möglichkeit gefunden, dass ganze mit zwei
nichtinvertierenden Verstärkern zu machen. Der erste verstärkt, der
zweite arbeitet als Addierer. Auch das hat nicht so ganz geklappt. Die
0,4V habe ich dabei aus einem Spannungsteiler (100k / 8k6 @ 5V) über 20k
an den Addierer gelegt. Das verstärkte Signal habe ich genauso über 20k
an den Addierer gelegt (Rückkopplung 20k). Offsetstromkompensation mit
10k an + gegen GND.
Fallen euch sonst noch irgendwelche Möglichkeiten ein, oder gibt es
Bausteine, die einen einstellbaren Offset + Verstärkung integriert
haben?
Danke euch!
Ein Addierer würde doch für einen festen Offset gehen. Für die
Verstärkung mit 2,3 einen weiteren OP. Ob das im Addierer auch direkt
geht, weiß ich jetzt so direkt nicht.
Häsch Define schrieb:> Ein Addierer würde doch für einen festen Offset gehen. Für die> Verstärkung mit 2,3 einen weiteren OP. Ob das im Addierer auch direkt> geht, weiß ich jetzt so direkt nicht.
klar geht das im addierer, allerdings invertiert der auch das
ausgangssignal was bei single supply wieder nervt. grundsätzlich einfach
inv. verstärker, verstärkungsverhältnis stellt sich über das verhältnis
Rein zu Rfeedback ein, der offset kann auf die selbe weise über einen
vorwiederstand zur betriebsspannung erzeugt werden
Da brauchst du jetzt nur noch eine stabile Quelle für den Offset. Die
Schaltung ist dann ganz einfach 1 Opamp plus 5 Widerstände (3
Widerstände am +Eingang, 2 für den -Eingang).
Hast du eine genaue/stabile (Referenz-)Spannung?
Steffen schrieb:> Ich möchte das ganze mit einem Nichtinvertierendem OPV machen, möglichst> Single Supply. Das hier:>> http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_mit_Offset
Da R1 vom invertierenden Eingang nach VCC (positiv) geht, ist bei
dieser Schaltung der Offset negativ, also nicht das, was du möchtest.
Alternative 1: Du verbindest R1 mit einer negativen Spannung. Die hast
du aber wahrscheinlich nicht, weil du etwas von "Single Supply"
schreibst.
Alternative 2: Du lässt R1 vom nichtinvertierenden Eingang nach VCC
gehen. Damit er eine Wirkung hat, muss zwischen UE und dem
nichtinvertierenden Eingang ebenfalls ein Widerstand liegen. Du hast
damit also einen Spannungsteiler von UE nach VCC, der das Eingangssignal
nach oben zieht, aber gleichzeitig dessen Amplitide abschwächt. Diese
Abschwächung musst du durch eine entsprechend höhere Verstärkung
(gegeben durch R2 und R3) ausgleichen. Nachteil bei dieser Schaltung ist
der geringere Eingangswiderstand. Falls das stört, musst du einen
zweiten Opamp als Spannungsfolger vorschalten.
Helmut S. schrieb:> Da brauchst du jetzt nur noch eine stabile Quelle für den Offset. Die> Schaltung ist dann ganz einfach 1 Opamp plus 5 Widerstände (3> Widerstände am +Eingang, 2 für den -Eingang).> Hast du eine genaue/stabile (Referenz-)Spannung?
So sieht das dann aus. Du kannst mit LTspice ja mal andere Werte
probieren. Einfach die angehängte Datei mit LTspice öffnen und los
gehts.
Für die reale Schaltung musst du einen Single-Supply Opamp mit
Rail-to-Rail Ausgang nehmen.
Noch besser passt die Schaltung zu deinen Vorgaben, wenn man in meiner
vorherigen Schaltung R3=24k und R5=15k wählt.
> Danke dir! Das hätte nicht sein müssen ;)
Ich male halt gern Schaltpläne (mit LTspice). -:)
Hallo Helmut,
kannst du mir evtl. noch verraten, wie du das ganze berechnest. Ich
habe R2 durch 13k ersetzt. Eigentlich sollte das dann eine Verstärkung
von 2,3 ergeben. Tuts aber leider nicht. Spielt der Rest jetzt in die
Verstärkung mit rein?
mir ist zwar nicht klar wozu du den Offset benötigst aber ich frage
mich natürlich ob man nicht einfach die VREF des ADC so einstellen kann
damit dein Messbereich stimmt.
Dann könntest du die OPV Geschichte einsparen.
Gruss Klaus
Wenn du als ADC einen µC einsetzt oder einen externen ADC haben die
meistens Einstellungen für positive und negative Referenzspannungen.
Eventuell ist es am einfachsten und auch am stabilsten, wenn du als
negative Referenzspannung nicht GND sondern eben deine Offsetspg
benutzt.
hallo Stefan,
Das habe ich schon probiert (virtuelle Masse). Leider hebt und senkt
sich die Masse dann mit den Störungen auf der Platine.
Zu der Idee Ref.Spannungeinstellung.
Ich muss eine ganze Reihe von Sensoren auswerten, jeder mit anderem
Spannungsbereich. Für den AD-Wandler lässt sich allerdings nur eine
Ref-Spannung vorgeben. Daher ist der Weg über den OPV unumgänglich
wenn sich deine MAsse merkbar messbar hebt und senkt, dann hast du das
auf allen deinen Messsignalen drauf egal ob du eine virtuelle Masse
baust oder nicht.
Das ist natürlich eine komplett neue Baustelle oder Thema getrennte
analog und digitale Masse und Sternpunkt usw. ist jetzt auch nicht
superkomplex, aber wenn dein PCB natürlich schon fertig ist schon ein
Aufwand und Wartezeit da was neues zu designen.
Steffen schrieb:> Spannungsteiler an GND um den auf 0,4V anzuheben
Ha Ha Ha Ha .... (smile)
Hast du mal drüber nachgedacht das Ganze niederohmig auszulegen ?
z.B. OPV als Impedanzwandler mit dem Spannungsteiler am Eingang ?
schau mal hier rein :
http://www.edn.com/design/analog/4347861/Demystifying-single-supply-op-amp-design
oder google nach "Rail Splitter".
Dann könnte ich dir noch den LT1635 ans Herz legen. Der hat ne interne
Referenz von 0,2V und einen OPV an Bord. Mit Gain = 2 bist du stabil bei
0,4V.
Ich hoffe das hilft dir.
Gruss Klaus de Lisson
Steffen schrieb:> Hallo Helmut,>> kannst du mir evtl. noch verraten, wie du das ganze berechnest. Ich> habe R2 durch 13k ersetzt. Eigentlich sollte das dann eine Verstärkung> von 2,3 ergeben. Tuts aber leider nicht. Spielt der Rest jetzt in die> Verstärkung mit rein?
R1 vorgeben, z. B. 10kOhm
Verstärkung (1+R5/R4) vorgeben, z. B. 2,5 (R5=15k, R4=10k)
Ua = Ue*(R2||R3)/(R1+(R2||R3)) +5V*(R1||R3)/(R2+(R1||R3))
Davon zwei Gleichungen machen:
Ua1 = Ue1*(R2||R3)/(R1+(R2||R3)) +5V*(R1||R3)/(R2+(R1||R3))
Ua2 = Ue1*(R2||R3)/(R1+(R2||R3)) +5V*(R1||R3)/(R2+(R1||R3))
Das nach R2 und R3 auflösen.
@alle,
das Problem ist mittlerweile gelöst.
@Klaus
Ich habe ein neues Problem, in dem ich den LT1635 wunderbar verwenden
kann ;) Mir ist nur noch nicht so ganz klar, wie das zu beschalten ist.
Also klar ist mir die Grundbeschaltung (zur Verstärkung, nichtinvert.)
Aber wie genau jetzt die Pins PRefB und PrefOut beschaltet werden
müssen, damit das funktioniert ist mir nicht klar...
Hallo Steffen,
das erstellen der Formel für R2 und R3 war doch aufwendiger als ich
dachte, aber ich bin da hartnäckig.
Ue1=0 Ua1=0.4 Ue2=1 Ua2=2.4
R1=10k v=4 Uref=0.2
R5 = (v-1)*R4
R2 = R1*Uref*(Ua1-Ua2)/(Ua2*Ue1-Ua1*Ue2)
R3 = Ua1*R1*R2/(v*Ue1*R2+v*Uref*R1-Ua1*R1-Ua1*R2)
Mir scheint die Referenzquelle kann nur Strom "sourcen". Ob das auch in
der Realität so ist weiß ich nicht. Deshalb habe ich den 1kOhm
Widerstand nach Masse eingebaut.
Wenn man die Verstärkung v und die Referenzspannung Uref geschickt
wählt, dann wird R3 unendlich, also nicht benötigt. Siehe in meinem
Beispiel.
Gruß
Helmut
Hallo Helmut,
habe ich auch gemerkt. Nachdem ich mich drei mal verrechnet (naja vertan
beim umstellen) hab, bin ich in die Hochschule gefahren und hab das von
Wolfram Mathematica erledigen lassen.
Der LT1635 fällt leider aus, da ich einen Tempbereich von -40...105degC
brauche :(
> Der LT1635 fällt leider aus ...
Die Formeln die ich angegeben habe gelten für jede Art der Erzeugung der
Referenzspannung, egal ob von dem gleichen IC, einem extra IC oder der
geregelten Versorgungsspannung. Der Vorteil dieser Schaltung ist es,
dass man keine negative Versorgungsspannung benötigt.
