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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Subtrahierer mit dem TL081


Autor: Bernd P. (bernte)
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Hallo

Entschuldigt, dass ich mit keinem Schaltplan dienen kann. Ich bin vor 
einem Tag umgezogen und mein ArbeitsPC liegt in irgendeiner der vielen 
Kisten. Ich versuche das Problem mal genauer zu beschreiben.

Ich habe einen Subtrahierverstärker mit dem TL081 aufgebaut. Die 
Beschaltung ist Standard und von Wikipedia abgeguckt (im Anhang). Er 
soll mit einem D/A Wandler angesteuert werden, welcher 0 bis 2V ausgeben 
kann. Im Endeffekt brauche ich aber so -16 bis 16V. Daher meine Idee 
einfach von dem Signal 1V abzuziehen und mit dem Faktor 16 zu 
multiplizieren.

Ich habe ein 1MegOhm Präzisionstrimmer zwischen Pin 1 und Pin 5 gehangen 
(im Datenblatt wird 100kOhm empfohlen).

Es hängt ein Spannungsteiler an Ue-, der konstant 1V von dem 
Eingangssignal abziehen soll. R2 und R1 sind so gewählt, dass sich ein 
Vestärkungsfaktor von 16 einstellt.

Soweit der Aufbau. Der OPV wird symmetrisch mit +-16V versorgt. Aus 
diesen wird mit einem Wandler +5V und dieser +5V nutzt der 
Spannungsteiler für seine 1V.

Wenn ich jetzt an Ue+ vom OPV ein Signal anlege, ändern sich 
seltsamerweise die getrimmten 1V des Spannungsteilers. Das kann ich mir 
nicht erklären und darf doch auch überhaupt nicht sein. Ich möchte von 
jedem beliebigen Eingangswert konstant 1Volt abziehen. Ideen? Ist durch 
das Trimmpoti am OPV irgendeine interne Brücke entstanden die da was 
verstellt?

Außerdem weist der OPV mit dem 1megOhm Trimmer an einer Stelle ein 
seltsames Sprungverhalten auf(zu groß gewählt?)

Nach vielen rumdrehereien kann ich meine +-16V erreichen wenn ich an den 
Eingang von 0-6 Volt lege.  Wenn ich so drehe, dass ich von 0-2V 
reingebe, schaffe ich symmetrisches Verhalten nur im Ausgang von ca. 
+-3,8V. Nochmal, kann das an diesem Offset Trimmpoti am OPV liegen?

Na dann, entschuldigung nochmals für den vielen Text. Wenn ich in 2-3 
Tagen soweit bin lade ich auch gleich den Plan hoch.

Danke an alle, die sich die Mühe machen dies zu lesen.
Viele Grüße

Bernd

: Verschoben durch Admin
Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Mit ±15V Versorgungsspannung sind lt. Datenblatt typisch -12 bis +15V
Eingangsspannung und (bei geringer Belastung) ±13,5V Ausgangsspannung
möglich. Um auf den gewünschten Eingangs- und Ausgangsspannungbereich zu
kommen, musst du die Versorgungsspannung entsprechend erhöhen, aller-
dings ist beim TL081 bei ±18V das offizielle Ende. Du solltest dich also
nach einem OpAmp mit höherer maximaler Versorgungsspannung umsehen.

Autor: Hannes Jaeger (pnuebergang)
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Bernd P. schrieb:
> Es hängt ein Spannungsteiler an Ue-, der konstant 1V von dem
> Eingangssignal abziehen soll. R2 und R1 sind so gewählt, dass sich ein
> Vestärkungsfaktor von 16 einstellt.

Vermutlich ist die Impedanz der mit dem Spannungsteiler hingefummelten 
Spannungsquelle zu groß.

Autor: stein (Gast)
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Hallo,

der D/A-Wandler hat einen relativ hohen Ausgangswiderstand.
Das heißt, bei Belastung ändert sich das Ausgangssignal.
Hier wirkt das Prinzip des belasteten Spannungsteilers.
Versuch mal einen Impedanz-Wandler dazwischen zu schalten.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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> Wenn ich jetzt an Ue+ vom OPV ein Signal anlege, ändern sich
> seltsamerweise die getrimmten 1V des Spannungsteilers.

Wie Hannes schon angedeutet hat, wird der Spannungsteiler durch R1
belastet. Diese Belastung kannst du aber bei der Berechnung der
Wiederstände berücksichtigen.

> Nochmal, kann das an diesem Offset Trimmpoti am OPV liegen?

Das Trimmpoti ist für die Offsetkompensation. Da die Offsetspannung
(max. 6mV) am Ausgang zu einem maximalen Fehler von 16·6mV=96mV führt,
würde ich das Poti erst einmal weglassen, bis der Rest funktioniert.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Das Trimmpoti zwischen Pin1 und Pin5 des TL081 ist ausschlieslich dazu 
gedacht, um die Eingangsoffsetspannung wegzutrimmen. Sie ist nicht dazu 
gedacht eine Offsetspannung zu erzeugen.

Wie schon der Vorgänger richtig bemerkt hat wäre ein OP welches mit 
+-20V betrieben werden kann zielführender. Ich würde sowas in 2 OPS 
aufteilen.
Eine für die Verstärkung, und eine für die Offsetspannung mit der 
Verstärkung von 1. Da der Verstärker invertiert, brauchst du sowieso 
einen zweiten Verstärker, der ebenfalls invertiert.

Ralph Berres

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Der greisenhafte und deswegen von vielen nicht mehr ernst genommene
µA741 für bis zu ±22V erfüllt deine Aufgabe nahezu perfekt. Bei der
obigen Schaltung brauchst du nur 3 externe Widerstände, und der DAC wird
praktisch nicht belastet.

Autor: Bernd P. (bernte)
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Hallo

Erst mal vielen Dank für die vielen Kompetenten Antworten.

Das R1 den Spannungsteiler belastet hätte ich mir denken können. Yalu 
hatte erwähnt, man könne dies in der Rechnung berücksichtigen? Bedeutet 
es dass ich meine R1 und R2 möglichst hochohmig legen sollte damit wenig 
Strom fließt? Mein Spannungsteiler läuft über ein 100k Poti und über 
einen geringeren Widerstand. Da ich die Platine bereits geätzt habe, 
wäre dies wohl der leichteste Weg das Problem zu beheben. Über ein paar 
helfende Worte hierzu würde ich mich freuen.

Das mit der maximalen Ausgangsspannung war mir bereits bewusst. 
Allerdings standen keine anderen OPVs zur Verfügung, daher der 
Kompromiss eben nicht die genauen 16V zu erreichen.

Die Lösung mit dem µA741 klingt sehr interessant und werde ich 
verwenden, falls es mit den anderen Widerständen auch nicht klappen 
will.

Danke auf jeden Fall schon mal an dieser Stelle. Und den Umgang mit 
LTSpice sollte ich mir wohl auch langsam mal aneignen =)

Viele Grüße
Bernd Peukert

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Bernd P. schrieb:
> Das R1 den Spannungsteiler belastet hätte ich mir denken können. Yalu
> hatte erwähnt, man könne dies in der Rechnung berücksichtigen? Bedeutet
> es dass ich meine R1 und R2 möglichst hochohmig legen sollte damit wenig
> Strom fließt?

Das ist eine Möglichkeit. Dadurch wird der Fehler verringert, da dann
die Belastung nicht mehr so hoch ist. Man kann den Fehler aber auch ganz
beseitigen:

Was nämlich letztendlich stört, ist der Innenwiderstand der durch den
Spannungsteiler gebildeten Spannungsquelle. Er ist gleich der Parallel-
schaltung der beiden Widerstände, aus denen der Teiler aufgebaut ist. Da
der Innenwiderstand in Reihe zu R1 liegt und sich daher zu R1 addiert,
muss R1 entsprechend vekleinert werden, damit der Gesamtwiderstand
wieder stimmt. Dadurch hat man den durch die Belastung entstehenden
Fehler vollständig kompensiert, ohne dafür übergroße Widerstände für R1
und R2 nehmen zu müssen.

Man kann den Spannungsteiler aber auch gleich so dimensionieren, dass
sein Innenwiderstand gerade dem ursprünglichen R1 entspricht. Dann
verringert sich R1 zu null, und man hat ein Bauteil eingespart.

Der aus R3 und R4 gebildete Spannungsteiler ist eigentlich auch unschön:
Man verringert dadurch die Eingangsspannung, um sie hinterher wieder zu
verstärken. Sinnvoller wäre es doch, R3 und R4 wegzulassen und dafür die
Verstärkung der Schaltung durch Verkleinern von R2 um den entsprechenden
Faktor zu reduzieren. Da sich mit dieser Änderung aber das Ausgangssig-
nal verschiebt, müsste der Spannungsteiler am invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers ebenfalls angepasst werden. Dass das tatsächlich
geht, zeigt die Schaltung aus meinem letzten Beitrag.

Wie man die drei Widerstände rechnerisch und grafisch bestimmt, habe ich
hier grob beschrieben:

  Beitrag "Re: niedrige Spannungen hochskalieren"

Die grafische Methode ist in deinem Fall allerdings etwas ungenau, weil
das Verhältnis zwischen R2 und R3 ziemlich hoch ist, so dass man den
Wert für R3 nur schwer ablesen kann. Auf einem großen Blatt Papier geht
es vielleicht trotzdem ;-)

> Die Lösung mit dem µA741 klingt sehr interessant und werde ich
> verwenden, falls es mit den anderen Widerständen auch nicht klappen
> will.

Da der µA741 zum TL081 pinkompatibel ist, kannst du ihn ja auch nach dem
nächsten Einkauf noch nachrüsten, falls du dann noch die Versorgungs-
spannung erhöhen kannst. Im Anhang siehst du den Vergleich zwischen dem
TL081 mit ±16V und dem µA741 mit ±20V Versorgungsspannung. Beim TL081
werden eben wegen der geringeren Versorgungsspannung an den Enden 1,5-2V
von der Ausgangsspannung abgeschnitten.

Autor: Bernd P. (bernte)
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Hallo

Ich wollte euch allen nochmal für die vielen Antworten danken. Gebe 
morgen bescheid, ob und wie es geklappt hat.

Einen schönen Sonntag noch

Bernd

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