Hey,
ich würde gerne eine Spannung von +/-0.01 bis +/-40 V an einer Spule
messen. Die Spule umweickelt einen Eisenkern welcher mit einer Frequenz
von f_max=50kHz magnetisiert wird. Die Messungen dauern in der Regel 1-2
Sekunden.
Der ADC mit dem ich das Signal Messen möchte ist der AD122S706 mit 2x
500ksps da ich parallel an 2 Punkten messen möchte.
Zur Verfügung steht mir eine +5V Spannungsversorgung. Da das Signal für
den ADC zwischen 0-3.3V aufbereitet sein muss hatte ich an einen
Differenzverstärker gedacht. Per Hand schalte ich dann die Bereiche je
nach Messung um. Im Anhang habe ich mir das ganze einmal in LTSpice
simulieren lassen, allerdings noch ohne Tiefpassfilter. Gemäß der Formel
für den Differenzverstärker (s.Anhang 1) kann ich das Ganze so
umstellen, dass R1 und R4 standartmäßig 1k Ohm sind und je nach
Anpassung R2 und R3 verändert werden müssen. Ich habe den Aufbau mal als
Screenshot angefügt. Die Größe der Widerstände habe ich 1:1 aus der
Rechnung noch übernommen, dass ich diese in der Praxis nicht so genau
hinbekomme ist mir klar.
Meine Frage ist jetzt:
1. Macht so ein Aufbau Sinn oder löst man sowas generell anders /
eleganter?
2. Bei hohen Frequenzen (>2kHz) wird das Signal nicht ganz an 0 bzw. 3.3
angepasst ? Ich vermute das kommt durch die Kondensatoren im OpAmp ? Wie
könnte ich das Problem lösen?
Vielen Dank schon einmal im Voraus,
Nik
Niklas schrieb:> Meine Frage ist jetzt:> 1. Macht so ein Aufbau Sinn oder löst man sowas generell anders /> eleganter?> 2. Bei hohen Frequenzen (>2kHz) wird das Signal nicht ganz an 0 bzw. 3.3> angepasst ? Ich vermute das kommt durch die Kondensatoren im OpAmp ? Wie> könnte ich das Problem lösen?
Zu 1: Ungünstige Lösung. Für große Spannungsteilerfaktoren wird R1
vergrößert, um das Messobjekt gering zu belasten. Wenn das nicht
ausreicht, wird zusätzlich R2 noch verändert (geschaltet).
Zu 2: Das liegt auch an der ungünstigen Schaltung. Mit dem zu 1 sollte
es besser werden.
Super, danke dir Dieter für deine Hilfe, ich werde das ganze gleich
einmal umstellen. Zudem habe ich eine weitere Fehlerursache für Punkt 2
gefunden, das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt (GBP) war zu niedrig. Ich
schau mich nochmal nach anderen Opv um, welche für die Verstärkung von
0.01 V auf 3.3 V bei 25 kHz geeigneter sind.
Viele Grüße,
Nik
Dieter schrieb:> Für große Spannungsteilerfaktoren wird R1> vergrößert, um das Messobjekt gering zu belasten. Wenn das nicht> ausreicht, wird zusätzlich R2 noch verändert (geschaltet)
Hm mir fällt allerdings grad etwas auf. Wenn ich doch R1 noch größer
wähle, dann wird R2_0.01 doch ebenfalls deutlich größer. Das Verhältnis
muss ja gemäß der Formel gleich bleiben, da sonst nicht richtig
Verstärkt wird. Oder habe ich da etwas falsch verstanden?
Viele Grüße,
Nik
Wenn R1 größer wird, dann wird R2 für die gleiche Spannungsteilung auch
größer. Dadurch wird die Rückkopplung nicht mehr so niederohmig und die
Endstufe weniger strombelastet.
Guten Morgen,
mir ist da noch etwas aufgefallen. Wenn ich das ganze im niedrigen
Spannungsbereich simulieren lasse, funktioniert das wunderbar. Wenn ich
mit einem 40 V Eingangssignal simuliere, wird die Spannung am Ausgang im
Bereich von 0.3 V gekappt (s. Anhang 1). Wenn ich die Widerstände nach
dem, Vorschlag von Dieter erhöhe, wird das Problem zwar etwas geringer,
allerdings wird das Signal immer noch nicht sauber umgewandelt (s.
Anhang 2). Habt ihr vielleicht eine Vermutung woher das kommt ?
Im Plot ist Rot die Spannung am Ausgang, Blau der Strom am neg. Eingang
des OP und Grün die dort anliegende Spannung.
Vielen Dank schon einmal im Vorraus,
VG Niklas.
Niklas schrieb:> wird die Spannung am Ausgang im Bereich von 0.3 V gekappt (s. Anhang 1).
Für diese Aufgabe (rankommen an 0V) brauchst du eine negative
Versorgung. Denn der Ausgang des OP kommt nur annähernd ohne Last
annähernd an 0V. Siehe Screenshot vom Datenblatt.
Niklas schrieb:> 2. Bei hohen Frequenzen (>2kHz) wird das Signal nicht ganz an 0 bzw. 3.3> angepasst ? Ich vermute das kommt durch die Kondensatoren im OpAmp ?
Stichwort dazu: Bandbreitenprodukt.
Wenn du 20mV auf 3,3V hochskalierst, dann brauchst du eine Verstärkung
von mindestens ca. 200. Das multipliziert mit 50kHz ergibt ein GBP von
50kHz*200 = 10MHz(*). Ergo: der von dir gewählte OP mit einem GBP von
2MHz ist zu langsam.
Als Abhilfe könntest du für höhere Verstärkungen zwei OP hintereinander
schalten.
(*)du wirst mit einem so derartig schnellen OP nette Effekte bekommen,
wenn du beim Layout nicht gut aufpasst.
> ich würde gerne eine Spannung von +/-0.01 bis +/-40 V an einer Spule messen
Wie genau sollen die +-10mV aufgelöst werden?
> der AD122S706
Ist das ein ASIC? Google findet nichts dazu...
> ich würde gerne eine Spannung von +/-0.01 bis +/-40 V an einer Spule messen
Ein Tipp an dieser Stelle: fürs Magnetfeld einer Spule ist der Strom
zuständig...
Hallo Lothar,
erst einmal vielen Dank für deine Mühe und deine Hilfe, das Signal habe
ich jetzt ganz gut Skalieren können in der Simulation (s. Anhang).
Dennoch habe ich noch ein paar Fragen:
Lothar M. schrieb:> Für diese Aufgabe (rankommen an 0V) brauchst du eine negative> Versorgung. Denn der Ausgang des OP kommt nur annähernd ohne Last> annähernd an 0V. Siehe Screenshot vom Datenblatt.
Tatsächlich, ich hatte gehofft, ohne eine Ladungspumpe auskommen zu
können, da das Problem auch nur bei Signalen über 10 V immer stärker
auftrat hatte ich das nicht zuerst vermutet.
Lothar M. schrieb:> Stichwort dazu: Bandbreitenprodukt.> Wenn du 20mV auf 3,3V hochskalierst, dann brauchst du eine Verstärkung> von mindestens ca. 200. Das multipliziert mit 50kHz ergibt ein GBP von> 50kHz*200 = 10MHz(*). Ergo: der von dir gewählte OP mit einem GBP von> 2MHz ist zu langsam.> Als Abhilfe könntest du für höhere Verstärkungen zwei OP hintereinander> schalten.>> (*)du wirst mit einem so derartig schnellen OP nette Effekte bekommen,> wenn du beim Layout nicht gut aufpasst.
Komisch, da muss ich mich irgendwo vergriffen haben, wollte eigentlich
einen mit 8,5 Mhz nehmen, aber du hast recht, 2 Mhz sind für diese
Anwendung zu wenig. Aber müsste es nicht eine Verstärkung von 10mV auf
3.3 V sein? Auf dem Screenshot hatte ich 50 kHz simuliert, maximal
sollen später allerdings Frequenzen von 25kHz gefahren werden. Dann
würde ich doch mit einer Verstärkung von 330 (3,3V/0,01V) und einer
f_max von 25kHz bei 8.25 MHz rauskommen, das sollte doch dann passen -
oder sollte ich besser etwas Luft einplanen? Habe mal testweise den
AD8605 genommen, dieser hat ein GBP 10Mhz oder sollte ich besser einmal
um das 10fache verstärken und anschließend nochmal um 33, um auf 330 zu
kommen?
Könntest du das mit dem aufpassen beim Layout etwas konkretisieren?
Lothar M. schrieb:> Wie genau sollen die +-10mV aufgelöst werden?
Das Ausgangssignal des ADC wird später mit einem 12 Bit ADC abgetastet.
Lothar M. schrieb:> Ist das ein ASIC? Google findet nichts dazu...
Da habe ich ein C vergessen, es ist der ADC122S706. Dieser wird
benötigt, da am Messaufbau an 2 verschiedenen Punkten gemessen werden
muss zur exakt selben Zeit.
Lothar M. schrieb:> Ein Tipp an dieser Stelle: fürs Magnetfeld einer Spule ist der Strom> zuständig...
Ja, der wird auch gemessen, parallel muss allerdings an der sek. Seite
die Spannung gemessen werden.
