Um einen Gleichstrom von 0-600mA zu messen würde ich gerne mit einem Shunt und nachgeschaltetem OP Amp arbeiten. Um die Beeinflussung der nachfolgenden Schaltung und die Verluste möglichst gering zu halten würde ich einen möglichst kleinen Shunt benutzen. Das Signal soll auf einen ADC eines AVR. Somit hätte ich eine maximale Auflösung von 600mA/1024=0,6mA. Jetzt stellt sich mir die Frage: Wie klein kann ich den Shunt machen? Ab welchem Spannungsabfall wird ein OP überfordert sein? Da ich keine symmetrische Spannungsversorgung habe würde ich einen TS914 wählen da dies ein r2r Typ ist. Um Störungen zu vermeiden würde ich den OP so nahe wie möglich an den Shunt platzieren. Eine mögliche Fehlerquelle sehe ich in Vio, die ist mit maximal 12mV angegeben. Wenn ich jetzt z.B. maximal 100mV am Shunt haben will dann müsste ich für 2,5V ADC Referenzsspannung eine Auflösung von 100mV/1024=100µV und einen Verstärkungsfaktor von 25 einstellen. Bei 12mV Vio hätte ich aber ja schon einen Fehler von etwa 7 Bits, oder sehe ich da etwas falsch? Wie geht man für eine Dimensionierung wirklich vor? Und welche Parameter eines OP sind dafür noch wichtig? Im Prinzip will man ja den Shunt immer möglichst klein wählen.
Ja das ist eine ähnliche Problemstellung. Aber da ist nichts von OP Parametern erklärt, auch in den Links gehts nur zu den Grundschaltungen die mir mehr oder weniger bekannt sind. Mir gehts nicht nur um die Problemstellung, sondern auch darum die Zusammenhänge richtig zu verstehen und dann selbst rechnen zu können. Threads mit "mach 150mV als maximale Spannung am Shunt, dann gehts schon" hab ich genügend gefunden. Am besten wärs wohl echt "OPAMPS for Everyone" durchzuarbeiten und zu verstehen, aber da wäre ich Wochen beschäftigt und ich muss ja nicht auf allen Gebieten OP Spezialist werden.
Stephan S. schrieb: > Bei 12mV Vio hätte ich aber ja schon einen Fehler von etwa 7 > Bits, oder sehe ich da etwas falsch? Das siehst du völlig richtig. Du musst also entweder einen OPV mit sehr geringer Offsetspannung benutzen oder aber eine Offset- kompensation vorsehen (geht ja letztlich recht einfach: wenn kein Strom fließt, die Ausgangsspannung auf 0 kalibrieren). Irgendwo (ich glaube, es war Maxim) habe ich auch schon was gelesen von speziellen ICs für genau diesen Zweck. Bei denen kann man die Fühleranschlüsse direkt an den Shunt schalten, d. h. ein Eingang darf eine geringfügig höhere Eingangsspannung als die Versorgungs- spannung haben.
> Irgendwo (ich glaube, es war Maxim) habe ich auch schon was gelesen > von speziellen ICs für genau diesen Zweck. Bei denen kann man die > Fühleranschlüsse direkt an den Shunt schalten, d. h. ein Eingang > darf eine geringfügig höhere Eingangsspannung als die Versorgungs- > spannung haben. Meinst du solche wie den INA138?
Die Shuntspannung wird um einen Faktor verstaerkt um den ADC Bereich auszunutzen. Um denselben Faktor wird die Offsetspannung verstaerkt, dh je kleiner der Shunt, desto weniger Offset darf der OpAmp haben. Ich verwend bevorzugt dem MCP617, mit weniger als 150uV Offset.
Der MCP617 klingt gut und günstig. Scheint nur bei Hobbybastlern nicht so bekannt zu sein weils in bei Reichelt nicht gibt. OPA2340 oder LMC6062 machen mir auch nen guten Eindruck. Falls mir nichts einfällt woher ich relativ einfach eine symetrische Spannung für einen OP07 machen kann, werde ich mich wohl für einen der drei ersteren entscheiden. Wobei der OP07 sogar noch deutlich günstiger wäre und ich auch sehr kleine Ströme relativ genau messen könnte, welche bei den R2R Typen mit 0/5V untergehen würden, bzw. ich laufend einen Strom messen würde wo keiner ist. Bei 50mV unterster Spannung würde ich in meinem Fall dann immer mindestens 12mA messen. Das ist auch nicht so schön. Ich könnte dann dann höchstens per Software alles was <=12mA ist als Null definieren. Mal sehen...
Stephan S. schrieb: > Bei 50mV unterster Spannung würde ich in meinem > Fall dann immer mindestens 12mA messen. Das ist auch nicht so schön. Ich > könnte dann dann höchstens per Software alles was <=12mA ist als Null > definieren. Mal sehen... Oder eben einfach einmalig kompensieren, ein Faktor 10 ist dabei bequem rauszuholen. Wenn Du also mit ca. 1.5 mA "Fehl-Strom-Anzeige" bei 600mA Fullscale "leben" kannst: Dann ist Dein Problem der Messung als erledigt einzustufen. Wenn nicht, müßte man tiefer einsteigen.
Wie würdest du das kompensieren? Ich seh da jetzt zwei Probleme: 1.Spannung die durch Vio ensteht, die könnte man bei einem Typen der Kompensationsanschlüsse hat (µA741 hat sowas glaube ich) mit einem Poti wegkriegen. Macht man so etwas bei Typen ohne Anschlüsse durch externe Beschaltung an an + und - Eingängen? 2. Der R2R kommt nicht auf 0V herunter, wie kompensiert man das? Indem man sagt dass 50mV 0mA entspricht und den OP so kompensiert dass er am Eingang wirklich 50mV hat, also bei einer minimalen positiven Eingangsspannung sofort über die 50mV geht? Kligt auch möglich. Hier gehts aber irgendwie schon wieder mehr um grundlegendes Verständnis, was natürlich schon interesant wäre. Wenns wirklich drum ginge das Problem schnell zu lösen müsste ich nen DC/DC Wandler mit +/-12V Ausgang nehmen und nen OP07. Die Lösung kostet auch nur so 3 Euro mehr.
Schau einfach mal ins Datenblatt des z.B. op07, da steht all das skizziert. BTW: Die Mär das OPV eine Vio Kompensationsanschluß benötigen um im Offset kompensiert zu werden hält sich doch seit Jahrzehnten. Und das trotz der Bemühungen der Hersteller gute Datenbücher zu veröffentlichen, die genau diese Notwendigkeit widerlegen.
Irgendwie kann ich dir nicht ganz folgen. Im Datenblatt vom OP07 finde ich skizziert wie man an Offsetanschlüssen mittels eines Potis einen Abgleich vornimmt. Bei Elektronikkompendium habe ich die Lösung gefunden wie man auch Typen ohne Offsetabgleichanschluss anpassen kann. Da ists für einen nicht invertierenden Verstärker skizziert. Die Problematik dass ich bei einem R2R Typen und 0/5V Spannungsversorgung nicht auf 0 herunterkommt löst das aber glaube ich auch auch nicht.
Man darf aber auch wirklich nur Vio durch diese Anschlüsse kompensieren, wenn man nun aber nun auch das vom Messsystem eigene Offset damit einbezieht geht der gute Temperaturdrift vom OpAmp verloren - Das steht aber auch in den Datenblättern der OpAmps. Man kann aber auch nichtinventierend Verstärker kompensieren ohne das man einen OpAmp hat der Offset-Trimm Anschlüsse hat, aber dafür brauch man eine Symmetrische Spannungsversorgung und eine kleine drum rum Schaltung. Der OPA2340 ist ein echter R2R. Dieser kommt bei mir wenn ich den Als Impendanzwandlerschalte auf 0.3mV herunter. Bei 100kOhm Last sind dir 1mV - 5mV bis an die Betriebsspannungsgrenzen garantiert. Hinzukommt das die diesen OpAmps einfach durch einen großen Widerstand an Nichtinventierenden Eingang Schützen kannst und dieser somit auch bei 50V Shunt Spannung ( was aber unrealistisch ist aber nur ein Beispiel sein soll ) nicht kaput geht wenn du den Strom am Eingang auf maximal 10mA limitierst. Mit seinen Offset von 150 µV - 500 µV kannst du sogar genau verstärken. Um es noch genauer zu machen kannst du einen 2 * 4:1 Multiplexer wie den MAX338 nehmen und 4 Shunts mit 4 Mosfets umschaltbar machen um verschiedene Auflösungsbereiche zu erhalten. (Welche mit kleinen Ruhestrom ) Wenn du jetzt noch 64 Werte von den Internen ADC nimmst und eine vernüftige Referenz benutzt kannst du sogar mit 12 Bit rechnen ( AVR Note 123 ) und hast ein sehr schönes Strommessgerät was einige Gimmicks auf dem Kasten hat. Nur mal so eine Idee ;)
Der OPA2340 klingt echt gut. Die Eingangsimpedanz eines AVR ADC sollte eigentlich recht hoch sein und von daher würd der prima passen. Strombegrenzung brauche ich nicht, da kann eigentlich kein zu großer Strom ankommen. Das mit dem AVR Note 123 klingt zwar wirklich interessant, aber sooo genau brauch ichs dann auch wieder nicht :-) In ner anderen Anwendung vielleicht mal.
Ist doch ganz einfach: - Ladungspumpe um negative Spannung zu erzeugen - MUX an OP-Eingang - Schalten des OP-Eingangs nach entweder Masse (0-Abgleich), geteilte Referenzspannung, und Eingangssignal. - Vorm Strom messen Nullabgleich und Kalibrierung. => und schon sind offset und Verstärkungsfehler Wumpe! ;) Habe sowas ähnliches gerade mit nem ATmega168 gemacht, ADC auch noch mit 256-fachem Oversampling. Mit entsprechend guter Referenz und Teilerwiderständen sind da locker echte 10bit drin.
Für nur einen Kanal ist der Weg mit Multiplexer und neagtiver Versorgungsspannung zur NUllpunktskompensation etwas zu kompliziert. Wenn einen sehr kleinen Offset haben will gibt es fertige Chopperstbilisierte OPs (z.B. AD8551, LTC2050,...) auch als R-R Ausführung. Der oben erwähnte OPA2340 ist auch schon nicht schlecht. Nicht nur der OP ist wichtig, auch bei shunt muß man etwas aufpassen, sonst kann man merkliche Fehler duch Thermospannungen erzeugen, also eine gleichmäßige Wärmeabfuhr achten. Etwas oversampling ist nicht verkehrt, und die Kosten sind oft nicht groß. Der Zugewinn an Genauigkeit ist aber begrenzt, denn Werte wie die INL verbessern sich nur marginal. So teuer ist auch ein AD wandler mit hoher Ausflösung (z.B. MCP3421) nicht mehr - da würde man auch ohne externe Verstärkung auskommen.
Der MCP3421 hat eine sagenhafte Bandbreite von 4 Samples der Sekunde, das Eingangsignal sollte für die 18 Bit auch entsprechend Aktiv gefiltert werden und das Layout dafür ist auch kein Zuckerschlecken. (Wenn man wirklich etwas von den 18 Bits haben möchte )
@Pascal: Bei einem Signal Delta A/D braucht man keine wirklich aufwendige Filterung. Schon ein einfaches RC Glied ist genug. Filtern wäre da mit dem µC internen AD schon mehr angesagt. Bei weniger Auflösung ist der Wandler auch schneller, z.B. 14 Bit mit 60 Samples je Sekunde.
Wenn man im 5 Volt-System einen OPV ohne Leistung aber mit symetrischer Versorgung benötigt um "echte" 0 bzw. 5 Volt zu erreichen ist ein MAX232 gut. Als doppelte Ladungspumpe mit Elkos>=1µF, ein Tin auf GND der andere auf 5V hat man an Tout +- 7..9 Volt bei ca. 5-10 mA. Um ein Signal für den AD aufzubereiten ausreichend. avr
@UIrich: Ich meinte, Warum sollte man bei einen 10 Bit Wandler Filtern? Bei 5V Referenz wäre ein LSB= ~5mV was beim 18 Bit Wandler schon 8 Bits sind. Wenn man mit den Argument kommt das man bei einen 10 Bit Wandler Filtern muss dann ist der 18 Bit Wandler auch fehl am Platz, da das Signal im Rauschen untergehen würde.
egal ob 8 oder 10 oder sonstwas an bit: vor einen ADU gehört ein Tiefpass. wie schon oben erwähnt reicht ja evtl ein RC.
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