Hallo Leute,
ich habe ein Verständisproblem bezüglich des Eingangsstromes eines OPV.
Ich habe die angehängte Schaltung einmal mit Ltspice simuliert und dann
real aufgebaut. Sie soll ein Signal Vin das eine Sinusschwingung
vollzieht um jeweils das dreifache verstärken. Das Vin Signal schwingt
dabei um 2,5V. Jetzt kann sich die Amplitude der Sinusschwingung ändern,
bzw. noch eine Gleichspannung dem 2,5V Offset überlagert sein.
Deswegen einmal den AC+DC Anteil um das dreifache verstärken sowie auch
nur den AC Anteil.
Der obere Teil klappt ohne Probleme. Beim unteren Teil hab ich Probleme
das an dem Kopplungskondensator eine Vergleichsweise hohe Spannung
abfällt. Im grunde ist das ja der AC-Kopplung bei einem Oszilloskop
nachempfunden. Durch den Spannungsfall am Kondensator vefälsche ich
natürlich das Ausgangssignal, was ich nicht möchte (Vout != 3*Vin).
Jetzt frage ich mich woher kommt der Spannungsfall (1-2mV) an dem
Kopplungskondensator, der Eingangsstrom des OPV sollte ja beinahe Null
sein (real bis zu 90nA laut Datenblatt).
Ich hab mir schon diverse Schaltpläne vom Eingangsteil eines
Oszilloskops angesehen, da wird das im Grunde doch ähnlich gemacht?
Dein Problem ist, dass das Potential des nicht-invertierenden Eingangs
nicht definiert ist. Über die interne Beschaltung des OPV kann der dann
auf ein beliebiges Potential floaten.
Verbinde einmal die beiden Eingänge über einen hochohmigen Widerstand,
oder lege ihn über einen entsprechenden Spannungsteiler auf das gleiche
Potential wie den invertierenden.
Achim Hensel schrieb:> Dein Problem ist, dass das Potential des nicht-invertierenden> Eingangs> nicht definiert ist. Über die interne Beschaltung des OPV kann der dann> auf ein beliebiges Potential floaten.
Ahh das erklärt einiges.
> Verbinde einmal die beiden Eingänge über einen hochohmigen Widerstand,> oder lege ihn über einen entsprechenden Spannungsteiler auf das gleiche> Potential wie den invertierenden.
Wie groß sollte der Widerstand dann so ca. sein, reichen 10k?
Spannungsteiler wäre dann z.B. 5V -- 10k -- 10k -- GND und dann in der
Mitte abgreifen? Oder kann ich auch direkt über einen hochohmigen
Widerstand den nicht-invertierenden Eingang mit 2,5V beschalten?
Welchen Einfluß hat den die große des Koppelkondensators? Bei
Oszilloskopen wird ja meißt ein recht kleine Kapazität benutzt. Ich
möchte das Vin Signal so wenig wie möglich verfälschen.
>Wie groß sollte der Widerstand dann so ca. sein, reichen 10k?
Das mußt du wissen, denn dieser Spannungsteiler belastet den ersten und
außer dir kennt niemand die Signalquelle. Jedenfalls solltest du diesen
Widerstand auf Vref referenzieren.
Du könntest den Hochpaß auch vom Ausgang des oberen OPamps speisen...
Wenn deine Zeichnung richtig ist dann klappt das nicht weil du die OP
mehr Spannung brauchen.
Du gibst ihnen 2,5V Eingangsspannung und sie sollen ja 7,5V ausgeben zu
dem Braucht der Ac OP eine negative SPannung und nicht 0V um auch
negative halbwelle zu erzeugen. wlche bei Ac ja vorhanden sind
anzuzeigen.
Kai Klaas schrieb:> Das mußt du wissen, denn dieser Spannungsteiler belastet den ersten und> außer dir kennt niemand die Signalquelle. Jedenfalls solltest du diesen> Widerstand auf Vref referenzieren.
Naja, ich könnte auch einen Impedanzwandler dazwischen schalten dann bin
ich von der belastbarkeit der Quelle unabhängig. Mach ich vllt. sowiso,
dann kann ich den Tiefpass zweiter Ordnung auch mit den gleichen
Bauteilen aufbauen.
Im Grunde ja ähnlich wie in der Application Note von Analog beschrieben:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/35-02/avoiding/avoiding.pdf
Anbei nochmal die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten.
Ansgar k. schrieb:> Wenn deine Zeichnung richtig ist dann klappt das nicht weil du die OP> mehr Spannung brauchen.>> Du gibst ihnen 2,5V Eingangsspannung und sie sollen ja 7,5V ausgeben zu> dem Braucht der Ac OP eine negative SPannung und nicht 0V um auch> negative halbwelle zu erzeugen. wlche bei Ac ja vorhanden sind> anzuzeigen.
Nene, das passt schon der OPV verstärkt nur relativ zur Offsetspannung
von 2,5V, du hast da einen Denkfehler.
*@Ansgar k.*
Ansgar k. schrieb:> Wenn deine Zeichnung richtig ist dann klappt das nicht weil du die OP> mehr Spannung brauchen.
Ne, prinzipiell passt das schon. Der TO will ja (vermutlich) die
Differenz zu den 2,5V verstärkt haben. Bei 1,3Vss hat er ja 0,65V
Amplitude, mal drei + Vref ergibt dann 4,45V, was für den R2R-OPV noch
passen dürfte. Gleiches gilt für die "negativen" Werte, auch dort
bleiben 0,55V übrig.
*@MAVAC*
MAVAC schrieb:> Wie groß sollte der Widerstand dann so ca. sein, reichen 10k?
Bei 10kΩ und 1nF hättest Du einen Hochpass von 16kHz .. damit kommt von
Deinen 50Hz nichts mehr an. Ich würde also eher so 80 MΩ vorschlagen
oder den Kopplungskondensator deutlich größer machen, so im µF-Bereich.
Der Widerstand für den OP Bias sollte schon deutlich größer als der 11 K
Widerstand des Filters am Eingang sein - also schon etwas im Bereich > 1
M. Der Koppelkondensator sollte trotzdem wohl noch größer werden. Von
der Kapazität sieht der Eingang praktisch nichts. Belastet wird der
Eingang durch den Tiefpassfilter - da wäre es ggf. tatsächlich besser
wenigstens einen Teil der Filterung hinter eine 1. Verstärkerstufe zu
verlegen.
Achim Hensel schrieb:> Dein Problem ist, dass das Potential des nicht-invertierenden Eingangs> nicht definiert ist.
Kannst Du das mal näher erläutern. Das sehe ich nämlich gar nicht so.
Über die 2.5V Vref gibt es lediglich einen Offset. Ich denke auch das es
ganz normal ist, dass über einen geladenen Kondensator eine Spannung
abfällt.
Achim Hensel schrieb:> Verbinde einmal die beiden Eingänge über einen hochohmigen Widerstand,> oder lege ihn über einen entsprechenden Spannungsteiler auf das gleiche> Potential wie den invertierenden.
Auch das halte ich für sehr gefährlich. Wenn das sollten beide Eingänge
nicht miteinander verbunden werden. Wenn einen Offset über
Spannungsteiler dann mit 2 Stück. Für jeden Eingang einen eigenen.
Wenn ich falsch liege, dann bitte ich um Erklärung.
Achim Hensel schrieb:> Der TO will ja (vermutlich) die> Differenz zu den 2,5V verstärkt haben.
Jap genauso sieht es aus.
> Bei 10kΩ und 1nF hättest Du einen Hochpass von 16kHz .. damit kommt von> Deinen 50Hz nichts mehr an. Ich würde also eher so 80 MΩ vorschlagen> oder den Kopplungskondensator deutlich größer machen, so im µF-Bereich.
Ja stimmt, also RC viel viel größer (macht es einen Unterscheid ob ich
einen Elko statt eines Kerkos nehme?).
Was mich nur ein wenig irritiert, werden bei Eingangskopplung beim
Oszilloskop nicht relativ kleine Kapazitäten dazwischengeschaltet (0,1µF
beim Hameg sehe ich gerade)?
Ulrich schrieb:> Der Widerstand für den OP Bias sollte schon deutlich größer als der 11 K> Widerstand des Filters am Eingang sein - also schon etwas im Bereich > 1> M.
Ok.
> Belastet wird der> Eingang durch den Tiefpassfilter - da wäre es ggf. tatsächlich besser> wenigstens einen Teil der Filterung hinter eine 1. Verstärkerstufe zu> verlegen.
Ja werde ich vermutlich auch machen. TP1 --> Impedanzwandler --> TP2 -->
Impedanzwandler --> HP.
Also ist die Formel wie ich sie im Anhang bei Lösung 3 hingeschrieben
habe schon so richtig. Also die Grenzfrequenz des HP berechnet sich dann
aus dem einen Widerstand des (bei mir 10k) NIV und dem Widerstand der
dann zwischen + und - des OPV und des Kondensators?
Hallo,
als ich das Bild in Deinem Eingangsbeitrag gesehen habe ist mir gleich
der Artikel "Avoid Common Problems When Designing Amplifier Circuits"
von Analog Devices in den Sinn gekommen.
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-08/amplifier_circuits.html
Vergl. Figure 1 "A malfunctional ac-coupled op-amp circuit." :-)
Mit freundlichen Grüßen
Guido
Hans schrieb:> Das sehe ich nämlich gar nicht so.> Über die 2.5V Vref gibt es lediglich einen Offset.
Wer sagt denn, dass der nur mit einem Kondensator verbundene Eingang
DC-mäßig auf 2,5V bleibt? Aufgrund der extrem hohen Eingangswiderstände
kann der auch mit wenig Ladung leicht irgendwohin floaten; vermutlich
vorzugsweise in die Nähe der positiven oder negativen
Versorgungsspannung.
(Stichwort: "DC path to ground")
Hans schrieb:> Auch das halte ich für sehr gefährlich. Wenn das sollten beide Eingänge> nicht miteinander verbunden werden. Wenn einen Offset über> Spannungsteiler dann mit 2 Stück. Für jeden Eingang einen eigenen.
Zwei Spannungsteiler sind natürlich besser, die sollten aber gut
gematched sein, um den Offset klein zuhalten, oder man macht einen
einstellbar, um auch gleich den OPV-eigenen Offset kleinzuhalten;
alternativ kann man auch einen Kndensator an den Ausgang setzen.
MAVAC schrieb:> Was mich nur ein wenig irritiert, werden bei Eingangskopplung beim> Oszilloskop nicht relativ kleine Kapazitäten dazwischengeschaltet (0,1µF> beim Hameg sehe ich gerade)?
0,1µF und 1MΩ geben eine Grenzfrequenz von 1,3Hz; okay, 1nF und 10kΩ
dann 126 Hz
(meine 16 kHz von oben sind dann falsch, hatte ich aus Deinem ersten
Schaltplan abgelesen).
Dann würden evtl 1MΩ reichen..
Achim Hensel schrieb:> Wer sagt denn, dass der nur mit einem Kondensator verbundene Eingang> DC-mäßig auf 2,5V bleibt? Aufgrund der extrem hohen Eingangswiderstände> kann der auch mit wenig Ladung leicht irgendwohin floaten; vermutlich> vorzugsweise in die Nähe der positiven oder negativen> Versorgungsspannung.> (Stichwort: "DC path to ground")
Ok. Das habe ich nicht bedacht. Danke für die gute Erklärung
Hallo,
MAVAC schrieb:> Ok, danke das geht nochmal ausführlicher auf die Thematik ein. :-)> Siehe auch:> http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-937.pdf
da war mein Beitrag wohl überflüssig. Ich gestehe, nachdem ich gelesen
hatte, dass auf das Problem bereits eingegangen wurde habe ich nicht
mehr den Ganzen "Thread" durchgelesen.
Mit freundlichen Grüßen
Guido
MAVAC schrieb:> Helmut S. schrieb:>> Die Lösung 3 ist falsch. Die funktioniert niemals.>> Der +Eingang des Opamp muss an Ub/2 oder Vref angeschlossen werden so>> wie im 1. und 2. Vorschlag.>> Ist es das im dritten Fall nicht indirekt über den Widerstand?
Prinzipiell schon. Nur sollte dann der Widerstand nicht zu klein sein,
weil ansonsten ein Signal auf den Eingang über den Spannungsteiler sich
auf den zweiten Eingang auswirken kann. Führt also zu einer Verringerung
des Ausgangssignal.
>Ausgangssignal eines Stromsensors verstärken.
Aha.
>Hab jetzt von dem Kondensator (100µF) einen Widerstand (1MOhm) nach Vref>gezogen, klappt prima soweit.
Das ergibt eine Zeitkonstante von 100 Sekunden! Was ist denn deine
Nutzsignalbandbreite?
Kai Klaas schrieb:> Das ergibt eine Zeitkonstante von 100 Sekunden!
Ist das ein Problem? Der Kondensator soll ja auch nicht aufgelden
werden, oder habe ich da einen Denkfehler?
>Ist das ein Problem? Der Kondensator soll ja auch nicht aufgelden>werden, oder habe ich da einen Denkfehler?
Wenn die Eingangsgleichspannung von der Referenzspannung abweicht, lädt
er sich auf. Und wenn das Eingangssignal zeitweise 0V ist, lädt sich der
Cap auf 2,5V auf und blockiert beim Wiedereinschalten des
Eingangssignals minutenlang den OPamp, weil sich der Cap erst wieder
entladen muß.
Also eig. sollte sich der Kondensator gar nicht aufladen. Der
Stromsensor gibt sein Signal stets auf 2,5V Offset bezogen raus. Also
bei 0A = 2,5V. Die Referenzspannung wird über eine Bandgapref. erzeugt
und über einen OP entsprechend entkoppelt. Bei einschalten wird ja die
gesammte Platine gleichzeitig eingeschaltet. Was vllt. ein Problem sein
könnte ist eine DC-Spannung die der Stromsensor ausgibt wenn durch ihn
ein DC-Strom fließt, dann würde die Differenz über der Kondensator
anliegen, dieser sich dementsprechend aufladen.
Da habe ich so noch nicht dran gedacht, das ist ein guter einwand.
Einzige Möglichkeit die Grenzfrequenz des Hochpass erhöhen, dann wird
allerdings der 50Hz Sinus nicht mehr so stark gedämpft, was auch wieder
nicht so toll ist. Wie wird das den bei Oszilloskopen gemacht, da klappt
das ja auch ohne Probleme?
>Wie wird das den bei Oszilloskopen gemacht, da klappt das ja auch ohne >Probleme?
Die haben oft einen 100nF Cap, was mit einer Eingangsimpedanz von 1M
eine untere Bandbreite von 2Hz ergibt.
Gut dann ergibt sich eine Zeitkonstante von 0,1sec, nach ca. 0,5sec wäre
der Kondensator voll aufgeladen. Da könnte ich noch einigermaßen mit
leben. Dann habe ich natürlich wenn einen Ripple von bis zu 36mV
zwischen AC und DC+AC.
Oder gibt es noch eine möglichkeit einen Hochpass dahingehend zu Tunen,
das er bessere (kürzere Zeitkonstanten) erreicht, aber trotzdem meinen
DC-Anteil sauber weg-trennt?
>Dann habe ich natürlich wenn einen Ripple von bis zu 36mV zwischen AC und>DC+AC.
Du meinst die Wechselspannung, die über dem 100n Cap abfällt? Aber
vergiß die Phasenverschiebung nicht: Der reine Hochpaß aus 100n und 1M
macht dir eine Abweichung von nur -0,05% bei 50Hz. So genau sind
wahrscheinlich nicht einmal deine verstärkungsbestimmenden Widerstände.
Mit deinem Tiefpaß vorne dran ist die Abweichung -1,1%, weil sich mit
den Widerständen des Tiefpasses natürlich ein zusätzlicher
Spannungsteiler ergibt.
Aber die ganzen Abweichungen durch die Filter und Spannungsteiler sind
sowieso völlig uninteressant, weil du sie mit den
verstärkungsbestimmenden Widerständen wieder korrigieren kannst, wenn
sie denn überhaupt ins Gewicht fallen.
>Oder gibt es noch eine möglichkeit einen Hochpass dahingehend zu Tunen,>das er bessere (kürzere Zeitkonstanten) erreicht, aber trotzdem meinen>DC-Anteil sauber weg-trennt?
Mich wundert deine Wortwahl. Das ist doch alles sauber!
Kai Klaas schrieb:> Aber die ganzen Abweichungen durch die Filter und Spannungsteiler sind> sowieso völlig uninteressant, weil du sie mit den> verstärkungsbestimmenden Widerständen wieder korrigieren kannst, wenn> sie denn überhaupt ins Gewicht fallen.
Ja gut da hast du wohl recht. Ich sehe mir das Signal gerade am
Oszilloskop an. Im Grunde wird ja durch die Änderung des Kondensators
von 100µF auf 100nF die Grenzfrequenz weiter nach oben verschoben. Das
bedeutet das mein DC-Anteil nicht mehr so stark weggefiltert wird, und
somit der DC-Anteil größer wird.
Das ist dahingehend nicht so schlimm, als das ich das später in Software
eh korrigieren kann. Die Frage ist wie konstant ist dieser Offset, wenn
sich die Frequenz ändert.
>Das bedeutet das mein DC-Anteil nicht mehr so stark weggefiltert wird, und>somit der DC-Anteil größer wird.
Doch, doch, der wird zu 100% weggefiltert! Vom DC-Anteil ist am 1M
Widerstand nichts mehr festzustellen. Für DC wird der Cap theoretisch
unendlich hochohmig. Für einen guten Foliencap hast du rund 10^5M.
Kai Klaas schrieb:> Doch, doch, der wird zu 100% weggefiltert! Vom DC-Anteil ist am 1M> Widerstand nichts mehr festzustellen.
Hmm, kann ich jetzt Praktisch nicht nachvollziehen. Ich hab trotz allem
einen DC-Offset.
Ich hab das ganze auch mal mit einer 100nF, 100k Kombination getestet.
Da ist die Phasenverschiebung allerdings schon recht groß.
>Hmm, kann ich jetzt Praktisch nicht nachvollziehen. Ich hab trotz allem>einen DC-Offset.
Wo?
>Ich hab das ganze auch mal mit einer 100nF, 100k Kombination getestet.>Da ist die Phasenverschiebung allerdings schon recht groß.
Ja klar, bewirkt ja auch eine Grenzfrequenz von 16Hz.
Kai Klaas schrieb:> Doch, doch, der wird zu 100% weggefiltert!
Vermutlich hast du doch recht. So wie es aussieht ist ein Tastkopf
defekt. Dieser hat schon von sich auch einen DC-Differenz wenn ich ihn
im vgl. zu einen anderen Tastkopf messe. Im Moment benutze ich für den
100nF einen 0805 Kerko.
Vergiß auch nicht, daß der TS9224 einen kräftigen Eingangsruhestrom hat,
der an einem 1M Widerstand einen ordentlichen Spannungsabfall
versursachen kann!
Kai Klaas schrieb:> Vergiß auch nicht, daß der TS9224 einen kräftigen Eingangsruhestrom hat,> der an einem 1M Widerstand einen ordentlichen Spannungsabfall> versursachen kann!
Ja das kommt auch noch dazu, hab da einen Spannungfall von 17mV
gemessen.
2014-04-06_14.22.50.jpg
(1,1 MB)
