mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik INA114 - Komisches Verhalten bei niedrigen Differenzspannungen


Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Ich habe mit einem INA114 die im Anhang befindliche Schaltung aufgebaut. 
Ziel ist es eine Eingangsdifferenzspannung von 0...15mV auf 0...5V zu 
verstärken. Die Eingangsspannung kommt von einem Burster Kraftsensor. 
Dieser funktioniert ohne meine Schaltung einwandfrei.
Mit Schaltung ergibt sich aber folgendes Phänomen:
von 0kN bis 12kN gibt meine Schaltung konstant 0.653V am Ausgang (INA114 
Pin 6)ab. Ab 12kN steigt die Ausgangsspannung linear an... nein, ich 
habe KEINE Dioden eingebaut.

Zur Überprüfung habe ich den Eingang des INAs kurzgeschlossen. Das 
Resultat ist das gleiche: 0.653V Offset am Ausgang.

Das Datenblatt für den INA befindet sich hier:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina114.pdf
Auf Seite 9 ist ein Kommentar zum Input Bias Return Path. Die beiden 47k 
Widerstände aus Figure 3 habe ich versuchsweise eingebaut. Keine 
Besserung.

Kann es damit zusammenhängen dass ich den INA nur mit einer 
Betriebsspannung versorge?

Gruß,

Hendrik

Autor: Johann (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1.
>>Kann es damit zusammenhängen dass ich den INA nur mit einer
>>Betriebsspannung versorge?
ja
man kann auch die Spanung mit einem Spannungsteiler teilen und den 
Mittelpunkt als Masse nehmen.

2. Der Sensor darf nicht "frei" schweben. Sonst wirkt er als Antenne für 
50 Hz oder andere Frequenzen und die Eingänge des Verstärkers bekommen 
Werte, die diese nicht mehr verarbeiten können.
Lösung: 100kOhm von einem Sensor auf Masse (z.B. Mittelpunkt des 
erwähnten Spannungsteilers)

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Johann wrote:
> 1.
>>>Kann es damit zusammenhängen dass ich den INA nur mit einer
>>>Betriebsspannung versorge?
> ja
> man kann auch die Spanung mit einem Spannungsteiler teilen und den
> Mittelpunkt als Masse nehmen.

Warum ja???

Autor: Mandrake (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist kein Rail-to-Rail OP. Deshalb kann der OP seinen Ausgang nicht 
bis an die Betriebsspannungsgrenzen aussteuern.
Wenn du also deinen INA mit 5V unipolar versorgst, darfst du nicht 
erwarten auch Ausgangsspannungen von 0V oder 5V zu bekommen.
Der Aussteuerbereich liegt oft 1V unter der Betriebsspannungsgrenze.
Also bei 5V Versorgung sind Ausgangsspannungen zwischen 1..4V möglich.

Gruß

Mandrake

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Das ist kein Rail-to-Rail OP.
Kommt einer deiner Pins vom CN2 in die Nähe der 
Versorgungsspannungsgrenzen (Vcc oder GND)? Dann ist der 
Gleichtakt-Eingangsbereich verletzt. Im Datenblatt ist ein Bereich 
zwischen -Vcc+2V  bis +Vcc-2V definiert. In deinem Fall sind das GND+2V 
bis 10V-2V, also 2V bis 8V. Kommt eine Spannung ausserhalb dieses 
Bereichs an Pin 2 oder 3 des INA an, dann ist die korrekte Funktion 
nicht mehr garantiert.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ist die vom Sensor erzeugte Differenzspannung immer >=0? Wenn ja,
könntest du die Referenzspannung des ADC (5V) auch als Referenz für den
INA verwenden (Pin 5). Den Sensor schließt du so an, dass der positivere
Ausgang des Sensors mit dem invertierenden Eingang des INA verbunden
ist. Dann erzeugt der INA aus der Differenzspannung UD des Sensors eine
Ausgangsspannung UA von

  UA = 5V - 333 * UD

Da die Ausgangsspannung des INA aber nur bis ca 1V herabreicht, solltest
du die Verstärkung von 333 auf etwa 250 reduzieren.

Willst du positive und negative Differenzspannungen messen, benötigt
der INA eine geeignete Referenzspannung zwischen 0V und 5V, die du
bspw. mit einem Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Impedanzwandler
erzeugen kannst. Diese Spannung muss softwaremäßig vom ADC-Messwert
wieder subtrahiert werden.

Manche Mikrocontroller wie bspw. der ATmega32 haben einen Differenz-
verstärker bereits eingebaut. Beim ATmega32 kann man damit positive und
negative Differenzspannungen mit einem Verstärkungsfaktor von 10 oder
200 messen. Allerdings sind Störungen durch den Digitalteil bei einem
externen Verstärker i.Allg. leichter in den Griff zu bekommen.


@Lothar Miller:
Bei dem Sensor scheint es sich um eine Dehnmessstreifenbrücke zu
handeln, so dass die beiden Spannungsignale bei 10V-Versorgung in der
Gegend von 5V, also klar innerhalb des erlaubten Bereichs liegen.

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die vielen Antworten!
Ich hab die negative Spannung implementiert und nun funzt das! Ihr seid 
die Besten!!! Im Anhang noch der korrigierte Schaltplan...

Gruß und schönen Feierabend!

Autor: Marc (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Leute!

Ich suche eine single supply - Alternative zum INA bzw. AD620 etc.

Gibt es sowas?

Autor: Arc Net (arc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc wrote:
> Hi Leute!
>
> Ich suche eine single supply - Alternative zum INA bzw. AD620 etc.
>
> Gibt es sowas?

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsea...

http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparator...

http://www.linear.com/pc/viewCategory.jsp?navId=H0...

Autor: Marc (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke!

Aber ein Problem habe ich noch:

Ich muss ein Bauteil bestellen, das es nur bei C***ad gibt. Jetzt suche 
ich einen passend Instr. OpAmp (wie gesagt Single-Supply). Leider haben 
die nur z.B den "LTC 1100 CN 8 PREC INSTR AMP DIP 8" für 12,44€ Schock

Sind die alle so teuer oder gibts auch Lowcost Varianten? Der muss ja 
nicht prezise sein, sondern nur mit einem R in der Verstärkung 
einstellbar.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Marc,

schreib doch mal genauer auf, was Du genau machen willst. Ich vermute, 
Dir ist mit einer ganz normalen Standard-OPV-Schaltung zu helfen.

Du kannst übrigens bei vielen Herstellern kostenlose Samples bestellen.

Gruß,
 Michael


> Sind die alle so teuer oder gibts auch Lowcost Varianten? Der muss ja
> nicht prezise sein, sondern nur mit einem R in der Verstärkung
> einstellbar.

Autor: Hecgraca (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Henni!

Ich habe auch für den Sensor FSS1500 eine Schaltung mit dem INA114 auch 
entworfen ohne die Widerstände R1B, R1C und ohne den Kondensator C2A 
100nF, die du nach der Sensorausgang gebaut hast und Funktioniert 
einwandfrei. Miene Frage ist: Wozu brauch man die?

Autor: Hecgraca (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gruß

Hecgraca

Autor: Henni (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Der C2A hat meine Schaltung ein bisschen langsamer gemacht. Quasi ein 
Tiefpaß.
R1B und R1C habe ich nicht mehr im Kopf.
Für mich sieht es aber so aus, als ob die beiden Widerstände bei einem 
nicht-angeschlossenen Sensor wichtig werden können. In diesem Fall 
ziehen die Widerstände die Eingänge nämlich auf ein definiertes 
Spannungspotential: GND. Wären die Widerstände nicht da wäre der Eingang 
bei nicht angeschlossenem Sensor offen und wie eine Antenne wirken. Der 
Ausgang des INAs würde warscheinlich aussteuern.

Gruß,

Henni

Autor: Hecgraca (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Henni,

Vielen Dank für die schnelle Antwort. Ich werde es mit den Widerständen 
ausprobieren.

Grüße

Hecgraca

Autor: Sven .. (badst0ck)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Henni H. wrote:
> Danke für die vielen Antworten!
> Ich hab die negative Spannung implementiert und nun funzt das! Ihr seid
> die Besten!!! Im Anhang noch der korrigierte Schaltplan...
>
> Gruß und schönen Feierabend!


Hallo,

ich habe so ziemlich das selbe Problem wie der Threadersteller(zwar 
andere Sensoren aber der Ina brauch eine relativ hohe Differenzspannung 
ca.>700mv um zu arbeiten).
Mir ist jetzt nur nicht so ganz klar warum das Implementieren eine +/- 
Versorgung das Problem löst.
Vielleicht kann es mir jemand erklären.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mandrake hat es weiter oben schon geschrieben:

> Das ist kein Rail-to-Rail OP. Deshalb kann der OP seinen Ausgang nicht
> bis an die Betriebsspannungsgrenzen aussteuern.
> Wenn du also deinen INA mit 5V unipolar versorgst, darfst du nicht
> erwarten auch Ausgangsspannungen von 0V oder 5V zu bekommen.
> Der Aussteuerbereich liegt oft 1V unter der Betriebsspannungsgrenze.
> Also bei 5V Versorgung sind Ausgangsspannungen zwischen 1..4V möglich.

Damit der Verstärker eine Ausgangsspannung von 0V erreichen kann, muss
also die negative Versorgungsspannung mindestens 1V bis 2V darunter,
also im negativen Bereich, liegen.

Autor: Sven .. (badst0ck)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
yalu wrote:
> Mandrake hat es weiter oben schon geschrieben:
>
>> Das ist kein Rail-to-Rail OP. Deshalb kann der OP seinen Ausgang nicht
>> bis an die Betriebsspannungsgrenzen aussteuern.
>> Wenn du also deinen INA mit 5V unipolar versorgst, darfst du nicht
>> erwarten auch Ausgangsspannungen von 0V oder 5V zu bekommen.
>> Der Aussteuerbereich liegt oft 1V unter der Betriebsspannungsgrenze.
>> Also bei 5V Versorgung sind Ausgangsspannungen zwischen 1..4V möglich.
>
> Damit der Verstärker eine Ausgangsspannung von 0V erreichen kann, muss
> also die negative Versorgungsspannung mindestens 1V bis 2V darunter,
> also im negativen Bereich, liegen.

Wenn ich jetzt keine negative Spannung zur verfügung habe wäre es 
möglich über den Referenz Eingang die Spannung um 2Volt anzuheben und 
somit bei einer Differenzspannung von 0 Volt am Ausgang 2 Volt zu haben?

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Wenn ich jetzt keine negative Spannung zur verfügung habe wäre es
> möglich über den Referenz Eingang die Spannung um 2Volt anzuheben und
> somit bei einer Differenzspannung von 0 Volt am Ausgang 2 Volt zu haben?

Ja, das geht. Allerdings ist zu beachten, dass der Ref-Eingang nicht
hochohmig ist und deswegen die angeschlossene Spannungsquelle belastet.
Diese muss deswegen möglichst niederohmig sein, sonst wird die
Gleichtaktunterdrückung des INA verschlechtert.

Ein einfacher Spannungsteiler zur Erzeugung der Referenzspannung ist
also zu wenig, ein Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Impedanzwandler
(OPV mit Verstärkung 1) ist ok, wenn die Versorgungsspannung hinreichend
stabil ist. Ein TL431 als Referenzspannungsquelle ist noch besser, weil
seine Genauigkeit weniger von der Versorgungsspannung abhängt. Wenn
Genauigkeit nicht ganz so wichtig ist (aber dann würdest du 
wahrscheinlich
keinen Instrumentenverstärker einsetzen), kannst du statt dem TL431 auch
eine Z-Diode nehmen.

Du kannst dir auch meinen Beitrag weiter oben

  Beitrag "Re: INA114 - Komisches Verhalten bei niedrigen Differenzspannungen"

noch einmal durchlesen, vielleicht ist etwas für dich dabei.

Autor: Sven .. (badst0ck)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
yalu wrote:

> Ja, das geht. Allerdings ist zu beachten, dass der Ref-Eingang nicht
> hochohmig ist und deswegen die angeschlossene Spannungsquelle belastet.
> Diese muss deswegen möglichst niederohmig sein, sonst wird die
> Gleichtaktunterdrückung des INA verschlechtert.
>
> Ein einfacher Spannungsteiler zur Erzeugung der Referenzspannung ist
> also zu wenig, ein Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Impedanzwandler
> (OPV mit Verstärkung 1) ist ok, wenn die Versorgungsspannung hinreichend
> stabil ist. Ein TL431 als Referenzspannungsquelle ist noch besser, weil
> seine Genauigkeit weniger von der Versorgungsspannung abhängt. Wenn
> Genauigkeit nicht ganz so wichtig ist (aber dann würdest du
> wahrscheinlich
> keinen Instrumentenverstärker einsetzen), kannst du statt dem TL431 auch
> eine Z-Diode nehmen.
>
> Du kannst dir auch meinen Beitrag weiter oben
>
>   Beitrag "Re: INA114 - Komisches Verhalten bei niedrigen Differenzspannungen"
>
> noch einmal durchlesen, vielleicht ist etwas für dich dabei.

Vielen dank für die Hilfe jetzt funktioniert alles wie es soll.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.