Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik OP Schaltung mit Offset


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von Jan (Gast)


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Hallo,

ich habe in der Schule gerade ein kleines Projekt vorgesetzt bekommen, 
wo eine Verstärkerschaltung (mittels OP) für einen DMS(Waage) entworfen 
werden soll.

Vorgaben
DMS-Ua = 0-2,5mV
DMS-Ra = 350 Ohm

Ausgangsspannung der Schaltung soll sein
bei 2,5mV = 4,5V
bei 0mV = 0,5V (Drahtbruchsicherheit)

Mein erster Ansatz ist so daß ich erstmal die Eingangspannung von 
0-2,5mV auf 0-(-4V) invertierend verstärke und danach über einen 
weiteren inv. OP die 0,5V über eine eigentlich zur Offset-Kompensation 
benutze Schaltung "hinzugebe".

Problem ist nun das ich schon in der ersten Stufe die Ausgangsspannung 
nicht sauber auf 0V eingestellt bekomme wenn am Eingang auch 0V 
anliegen.
Ich simuliere das ganze mit LTSpice und da kann ich ja die 
Widerstandsverhältnisse für die Kompensation am +Eingang so genau 
einstellen wie ich will, da bleiben immer mehrere 100-tel Volt übrig. 
Liegt sicherlich mit am Verstärkungsfaktor, aber wie bekommt man das 
hin.

Ein weitere Ansatz ist alles in einen nichtinvertierenden Verstärker 
reinzupacken. Die Verstärkung ist dann über ein über ein Poti 
einzustellen und die Offset-Spannung wird dann auch über eine 
Kompensationschaltung aus einem Poti zwischen +Ub und -Ub eingestellt. 
Da sich aber die beiden Potis gegenseitig beinflussen ist da nen elende 
Spielerei bis man das eingestellt hat.

Ich hab eigentlich noch garnichts mit OPs gemacht, deswegen wollte ich 
mal fragen wie man sowas in der Praxis löst. Bitte in Worte fassen die 
auch ein OP-Anfänger versteht. :-)

Gruß Jan

von Grrrr (Gast)


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Jan schrieb:
> eine eigentlich zur Offset-Kompensation
> benutze Schaltung "hinzugebe".

Das finde ich ein wenig ominös. Da soll ja nichts kompensiert werden. 
Warum nicht einfach addieren, bzw. subtrahieren? Die Offset-Kompensation 
ist zur Offset-Kompensation nicht zum addieren oder subtrahieren.
Ansonsten einfach mal die asc-Datei von ltspice posten.

von Valentin B. (nitnelav) Benutzerseite


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Also 2,5mV Maximalausschlag sind wirklich sehr wenig.
Die DMS verwendet man normalerweise in Brückenschaltung (Google hilft 
dir).
Dann hast du ein stärkeres Signal. Leider haben die meisten Opamps einen 
Offset (wie du geschrieben hast). Diesen kann man zwar mit 
Wiederstands-Gefiddel rauskriegen, das ist dann aber temperaturabhängig, 
... nimm doch einfach einen Chopper/Auto-Zero-OpAmp (hier werden die 
ganz gut erklärt: 
http://www.eevblog.com/2010/04/08/eevblog-72-–-let’s-design-a-product/) 
Die Idee, mit der Offsetspannung zu arbeiten, um Drahtbruch zu erkennen 
ist so zu machen, ich würde aber eher einen Addierer dahinterschalten.

Mit freundlichen Grüßen,
Valentin Buck

von Frank (Gast)


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Jan schrieb:
> die Eingangspannung von
> 0-2,5mV auf 0-(-4V) invertierend verstärke

Das solltest du nicht tun - lieber erst einen Impedanzwandler.

Eigentlich, wie schon erwähnt, eine Messbrücke aufbauen und einen 
Instrumentationsverstärker verwenden.

von Jan (Gast)


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Frank schrieb:
> Eigentlich, wie schon erwähnt, eine Messbrücke aufbauen und einen
> Instrumentationsverstärker verwenden.

Zum Verständnis

was ich als DMS bezeichne ist schon die Brückenschaltung, ist son 
fertiges Bauteil für Waagen. Ich komme jetzt nur nich auf die 
Bezeichnung.
Sn der Brückenschaltung ist jedenfalls 0,5mV/V und daran lässt sich auch 
nichst ändern. eventuell geht man mit der Ub auf 10V, dann hat man 
wenigstens 5mV bei Nennlast.

Sorry mein Fehler.

Gruß Jan

von Ulrich (Gast)


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Da gibt es auch eine obere Grenze für die Brückenspannung. 10 V sind 
wahrscheinlich schon zu viel, je nach Größe eventuell auch schon 5 V. Je 
höher die Spannung, desto mehr Wärme wird in den DMS erzeug, und das 
geht auf Kosten der Genauigkeit.

Die bei einigen OPs vorhandene Möglichkeit um Offsetabgleich sollte man 
nicht dazu verwenden um einen anderen Ofset damit zu kompensieren. 
Meistens verschlechtern sich die eigenschaften (z.B. Temperaturdrift), 
wenn der Offset deutlich verschoben wird.

Die Schaltung der Wahl wird ersteinmal ein Instrumentenverstärker (aus 3 
OPs oder als extra Baustein) sein, und dannach ggf. eine Spannung dazu 
addieren.

von Jan (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Da gibt es auch eine obere Grenze für die Brückenspannung. 10 V sind
> wahrscheinlich schon zu viel, je nach Größe eventuell auch schon 5 V. Je
> höher die Spannung, desto mehr Wärme wird in den DMS erzeug, und das
> geht auf Kosten der Genauigkeit.

max. Brückenspeisespannung ist 10V, 5V wären mir aber lieber da die 
schon vorhanden sind

Ich werd mir mal die LT-Instrumentenverstärker anschauen.
Wist ihr da aus dem Stehgreif nen guten OP von LT der sich da eignet. 
Bei der ganzen Flut von OPs bin warscheinlich ich noch Jahre beschäftigt 
den richtigen zu finden, den man dann auch noch problemlos beschaffen 
kann.




Gruß Jan

von Michael L. (Gast)


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Hallo Jan,

> Ich werd mir mal die LT-Instrumentenverstärker anschauen.
> Wist ihr da aus dem Stehgreif nen guten OP von LT der sich da eignet.
> Bei der ganzen Flut von OPs bin warscheinlich ich noch Jahre beschäftigt
> den richtigen zu finden, den man dann auch noch problemlos beschaffen
> kann.
ein guter Instrumentenverstärker, der speziell für DMS ausgelegt ist, 
ist der INA101 von TI. Mit der Adresse der Schule kannst Du ihn 
sicherlich kostenlos samplen, d. h. kostenlos beim Hersteller als 
Warenprobe bestellen.

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ina101.html

Für das zugehörige Spice-Modell, das Du mit ein paar Klimmzügen auch in 
LT-Spice einbinden kannst, findest Du hier. Es ist unten auf der 
ina101.html-Seite verlinkt:

http://www.ti.com/litv/zip/sbom006

Alternativ kannst Du auch den Simulator von TI nehmen:

http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tina-ti.html

Beachte, daß ein Instrumentenverstärker kein normaler OPV ist, sondern 
eine fertige Zusammenschaltung aus mehreren OPV. Er wird zur 
Differenzverstärkung benutzt:

Wenn Du unbedingt etwas von LT haben willst, kannst Du diesen 
Instrumentenverstärker nehmen:

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1154,C1009,C1027,P1678

Von LT gibt es nur diesen einen. Zum Simulieren ist der gut, wenn Du 
aber bauen willst, mußt Du beachten, daß er nur in einem SMD-Gehäuse 
erhältlich ist. Den INA101 bekommst Du auch im DIP-Gehäuse mit 
Durchsteckbeinchen.

Gruß,
  Michael

von Master S. (snowman)


Angehängte Dateien:

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ich habe mal hier oder sonstwo im internet diese schaltung gefunden, 
welche mir schon oft geholfen hat. kannste ja schnell auf einem 
steckbrettchen testen, ob's das schon für deine zwecke tut (theorie von 
optimalem verstärker und deren praxis halt).

von Jan (Gast)


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Hallo,

vielen dank erstmal für die vielen Anregungen.

Den LTC2053 hab ich mir vor ein paar Tagen schonmal vorgenommen, aber 
hab es irgendwie nicht hinbekommen damit was vernüftiges einzustellen.

Heute hab ichs dann nochmal von neuem begonnen und siehe da es klappt.
Hab jetzt die Verstärkung so das es passt (0-4V) . Dann hab ich mir nen 
nichtinvertierenden Addierer gebastelt mit nem LTC2051, der auch so 
funktioniert, jedenfalls in der Simulation.

Hab mir die beiden Schaltungen separat auf gebaut und wollte nun noch 
fragen ob ich den Ausgang des Verstärkers direkt mit dem einen Eingang 
des Addierers zusammen schalten kann oder lieber noch einen 
Impedanzwandler dazwischen schieb.

Die 4 Widerstände des Addierers haben 100kOhm.

Gruß Jan

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