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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Worst Case Berechnung Differenzverstärker mit Offset


Autor: Stephan (Gast)
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Hallo,

ich möchte eine Worst Case Berechnung eines Differenzverstärkers 
durchführen. Eines Skizze der Schaltung ist im Anhang zu sehen.
Die Worst Case Analyse soll sich erstmal nur auf den Drift der 
Widerstände beziehen (darin enthalten wäre die Grundtoleranz + 
Temperatur + Alterung).

Meine Frage richtet sich nun auf die Art und Weise der Berechnung des 
rel. Gesamtfehlers der Schaltung. Normalerweise würde ich jetz hingehen 
und die Werte der einzelnen Widerstände so "verziehen", dass sich der 
entsprechend positive bzw. negative Worstcase Fehler einstellt (bei 
einem Spannungsteiler z.b. wäre das, wenn man beide Widerstände in 
entgegengesetzter Richtung verändert).
Hier in der Schaltung habe ich am +Eingang erstmal einen Spannungsteiler 
mit R1 u. R2||R3 und danach eine nichtinvertierende Verstärkung über R4 
u. R5. Wenn ich damit den rel. Fehler ausrechne bekomme ich auch einen 
vernünftigen Wert raus. Das Schwierige für mich ist jetzt aber die 
Handhabung des Referenzpegels. An R3 wird über 5V am Ausgang 2.5V Offset 
eingestellt, damit ich auch negativen Input messen kann.
Dieser Offset ist aber ebenfalls fehlerbehaftet!!
Nur der Gag ist jetzt der, dass bei der Kombination für den maximalen 
Referenzfehler, der Fehler für das Eingangsignal quasi Null ist.
Im Endeffekt habe ich ja einen Summierer, wobei die Fehler zueinander 
sich invertiert verhalten.
Wie soll ich nun dann den Gesamtfehler der Schaltung spezifizieren ?
Muss ich den Referenzpegelfehler getrennt berechnen sowie auch getrennt 
angeben ?

Für eine kurze Erläuterung wäre ich dankbar

Grüße

Autor: genau so (Gast)
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Falls "Fehlerrechnung" kein Begriff ist, dann sollte zumindest Wikipedia 
etwas drueber wissen.

Autor: Stephan (Gast)
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das war jetz wieder so eine typische "rtfm"-Antwort...

aber leider ist dieser spezielle anwendungsfall nicht so leicht zu 
finden.

mir ist bekannt was ein offsetfehler und ein rel.fehler ist.
aber was passiert, wenn beide fehler voneinander abhängig sind ?

Autor: Jens G. (jensig)
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also ich denke, ich würde einfach den Fehler des 
Referenzspannungsteilers (R2+R3) berechnen, da dieser ja 1:1 auf den 
Ausgang durchschlägt.
Und separate den "Differenzfehler" - also R1, R4, R5, und auch nochmal 
R2||R3 spielen da ja eine Rolle. Dann am Ende beides zusammenrechnen, um 
min. und max. zu bekommen

Autor: Stephan (Gast)
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das mit dem referenzteiler hängt davon ab ob die eingangspannung auch 
mit masse verbunden ist (sich auf masse bezieht). wenn ja, dann ist der 
referenzpegel (2.5V) am ausgang auch noch abhängig von R4 und R5.
Und dadurch entsteht dann diese Abhängigkeit zwischen den beiden Fehlern 
(Referenzfehler & Signalfehler).

Autor: Jens G. (jensig)
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na gut - von Massebezug war wohl bisher nicht die Rede ... Aber dann 
käme es wohl noch auf den Ri der Eingansspannung an - oder? Oder soll 
man den als ideal betrachten? Und mit welchem Ende hängt die 
Eingangsspannung auf Masse? Wenn einer der Eingänge auf Masse hängt, 
braucht man doch auch keinen Differenzvertsärker mehr - oder? Da hängt 
dan ein Eingang ohnehin auf Masse als Bezug. z.B. unterer Eingang auf 
Masse - R1 weglassen - stört doch nur.
Oder willste das für alle denkbaren Fälle berechnen?

Autor: Stephan (Gast)
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Hi..

also genaugesagt hängt dort ein shunt, der aber vernachlässigbar klein 
ist.
ein ende von dem shunt ist aber zudem noch mit dem globalen GND 
verbunden, wodurch dann dieser Massebezug zustandekommt.
also auf die Skizze übertragen wäre das der (-)Eingang auf GND.
Hintergrund: hinter ger ganzen Mimik hängt eine komplexe 
Leistungselektronik. Damit Fehler aufgrund von Masseversatz, galvanische 
Kopplungen etc. keinen Einfluss auf die Messung haben, greift man hier 
differentiell am shunt ab.
Es gibt integrierte Differenzverstärker, so wie z.b. der INA21x von TI.
aber die haben alle fest vorgegebene Gains. An der Stelle ist man 
sowieso noch am suchen nach alternativlösungen. Aber auf diesen Schritt 
wollte ich hier jetzt nicht hinaus...

mfg

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