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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Welcher OPV - Differenzverstärkung


Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

habe hier eine Schaltung mit einem Drucksensor.

Der Drucksensor gibt  zwei Spannung um die 5Volt aus, der Messwert
ergibt sich aus einer Differenz beider Spannungen (max 25mV differenz
min. 0V diff.). Momentan habe ich einen LM324N zum Testen drin, der
Arbeitet aber total ungenau un der Verstärkungsfaktor ist auch zu Groß.
Hat jemand einen Guten Tip für einen OPV den ich da nehmen könnte.

TSchau Ingo

Autor: Andreas Wiese (Gast)
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Hallo Ingo,

Wenn du es genau und einfach haben willst, würde ich die einen
"instrumetation amplifier" empfehlen. Da stellst du die Verstärkung
mit nur einem Widerstand ein, und es handlet sich um einen echten
Differenzverstärker.

Typen z.B.: AD622, INA114, LT1167

Gibt es von vielen Herstellern, ich weiß ja nicht welche Anforderungen
und Preisvorstellungen du hast.

Gruß
Andreas

Autor: crazy horse (Gast)
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Alternativ: einen Differenzverstärker aus 3 OPs zusammenbauen, wenn du
mit den vorhandenen Bauteilen auskommen willst. Betriebsspannung muss
natürlich höher als die Eingangsspannung sein, für genaue Ergebnisse
bei Ausganggsspannung ca. 0V solltest du auch noch ein paar Volt
negative Betriebsspannnung spendieren.

"der Verstärkungsfaktor ist auch zu Groß." - ist natürlich kompletter
Quark. Die Verstärkung stellt man mit der ext. Beschaltung ein, hat
nichts mit dem OP selbst zu tun.
Auch wenn der LM324/LM358 oft geschmäht wird - so schlecht ist er
nicht. Wichtiger ist eine ordentliche Schaltungsauslegung. Gut, schnell
ist er nicht gerade, aber oft braucht man das ja auch gar nicht.

Autor: Michael (Gast)
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Eine sehr schöne Schaltung ist im Tietze/Schenk unter
Sensorik.Druckmessung zu finden. Es werden 2 OPs benötigt und eine neg.
Versorgung, die bei empfindlichen Analog-Designs m.E. immer vorhanden
sein sollte.

Als +Brückenversorgung wird Vref genommen. Ein OP regelt die
-Brückenversorgung so nach, daß der -Ausgang konstant auf AGND gehalten
wird. Der andere OP verstärkt dann das Signal vom +Ausgang bezogen auf
AGND => -Ausgang. Offset und Verstärkung (auch 1000-fach) können
separat eingestellt werden. Es reichen OP07 für driftarmen Betrieb.

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Danke für die Vielen Antworten,

das Problem ist das ich eine hohe Genauigkeit des Messwertes benötige.
Der Sensor liefert pro 1kpa -- 2,5mV bei maximal 10kpa == 25mV.

@crazy Horse
du hast vollkommen Recht an dem LM324 liegt es direkt nicht. Hier ist
das Problem das er 7,5V als Ausgangspannung erzeugt und diese Spannung
ist doch für den Atmega zu Große oder ?

TSchau Ingo

Autor: Andreas Wiese (Gast)
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Klar ist die Spannung zu groß, aber crazy horse hat es doch schon
gesagt, das liegt nicht am OP sondern an der Schaltung drumrum. Mit der
falschen Beschaltung kann der beste OP nichts bewirken.
Daher mein Vorschlag mit dem instrumental amplifier, der stellt die
Verstärkung mit einem externen Widerstand ein, und sonst brauchst du im
Regelfall nichts!
Also an deine Schaltung musst du auf jeden Fall dran, nur ein anderer
OP wird dir nicht helfen können, und auch eine große Genauigkeit
braucht nicht nur einen genauen OP sondern auch entsprechende
Widerstände

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

das ist mir schon bewußt, der Lm324 bringt bei vollen Druck 7,05V
asugangspannung wie kann ich diese Spannung ohne Großen verlußt auf
eine Brauchbare Messspannung heruntersetzen, jetzt habe ich es zum Test
mit zwei Wiederständen die ich in Reihe auf GND gezogen habe und
zwischen den zwei Wiederständen greife ich ab. Das Funktioniert zwar
ist aber sehr ungenau.
Wenn ihr da noch einen Tip hättet würde ich ganz gern den Lm324 weiter
benutzen da er 4 Ein bzw. Augänge hat und ih diese auch benötige.

TSchau Ingo

Autor: Michael (Gast)
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Vielleicht sagst Du mal, was für Dich 'genau' ist, oder auch
'ungenau'. Bezüglich der Offsetdriften von Spannung und Strom bei den
Eingängen eines LM324 halte ich dieses Teil für eine Fehlbesetzung.

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

ich möchte 1kpa darstellen können das Heißt ich muß die 2,5mV vom
Sensor mit dem ADC des ATmega messen können. Ich habe mir jetzt dir
Datenblätter der OPV angeschaut und werde mir heute einen besorgen.


TSchau Ingo

Autor: Michael (Gast)
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Jetzt bin ich allerdings nicht schlauer.
Wenn Du nur feststellen mußt, ob Dein Sensor mehr oder weniger als
2,5mV liefert kannst Du auch einen Komparator nehmen.

Ist das wirklich so gemeint ? Oder brauchst Du Meßwerte unterhalb von
z.B. 0,5% FS ?

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

ich sag mal so mit 1% Fehlerrate kann ich noch leben aber mehr darf es
nicht sein. Ich habe mich jetzt nocheinmal bisschen wegen Schaltung
schlau gemacht mal sehen wie ich das jetzt hin bekomme.

Wo ist eigentlich der unterschied zwischen ADC und Komparator.

TSchau Ingo

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Also ein Komparator reicht nicht da ich wirklich das Messergebnis
benötige am ende durch den µc umgerechnet in Millibar.
Mir wurde von meinem Elektronikgeschäft ein OPV zum Testen mitgegeben
(TL071CN). Werde diesen mal einbauen muß allerdings noch eine Richtige
Beschaltung dafür finden. Datenblatt habe ich mir schon
Heruntergeladen.

TSchau Ingo

Autor: Wolfgang (Gast)
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@Ingo,
da ich mit dem Differenzdruckmessfühler MPX2010 schon etwas
experimentiert habe, einige Hinweise zum besseren Verständnis:

zwischen den Ausgängen Vout+ (2) Vout- (4) einsteht über den gesamten
Messbereich eine Differenzspannung von 0 bis 25mV. Diese
Differenzspannung muss mit einem OPV, der als Differenzverstärker
geschaltet ist,  auf  die Spannung verstärkt werden, die der µC
verarbeiten kann. (z. B. 0 bis 1,5V). d. h., in diesem Fall ist ein
Verstärkungsfaktor von 1500mV/25mV = 60 vorzusehen.
Noch etwas zur Genauigkeit der Messung: lt. Datenblatt hat der
Druckmesser eine Hysterese von 0,1% bezogen auf den Endwert. Bei 10kPa
sind das 10Pa, über die du dir nicht allzu viel Gedanken machen
solltest.
meine Verstärkerleiterplatte ist zwar geätzt, aber noch nicht bestückt,
sodass noch kein entgültiger Erfahrungsbericht vorliegt. Es könnte aber
in den nächsten Tagen noch was werden.
Falls Interesse besteht, könnte ich die Schaltung mal anhängen. Sie
besteht aus 2 OPV, wobei der 1. als Differenzverstärker arbeitet, ein
massebezogenes Ausgangsignal erzeugt und für den Offsetabgleich sorgt,
während der zweite für eine einstellbare Verstärkung zuständig ist.
MfG
Wolfgang

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

das wäre echt Spitze wenn du mir denn Schaltplan mal zukommen lassen
könntest. Das mit dem Differnzwert ist mir schon klar das habe ich ja
auch durch messen herrausbekommen.

Danke im Vorraus.

Ingo

Autor: Wolfgang (Gast)
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hier der Schaltungsvorschlag
Wolfgang

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

Dein Differenzverstärker besitzt einen Eingangswiderstand von etwa 47
kOhm. Das ist nicht besonders hochohmig, das heißt, es könnte sein, daß
Dein Sensor bereits zu stark belastet wird. Außerdem gilt der berechnete
Verstärkungsfaktor nur dann, wenn an den Eingängen Eingangsspannungen
mit vernachlässigbar geringem Innenwiderstand anliegen. Eventuell
erfüllt dies Dein Sensor nicht. Möglierweise resultiert hieraus Deine
Bemerkung, der Verstärkungsfaktor sei zu groß.  Am besten ist, wenn es
preisgünstig sein soll, immer noch die Grundschaltung eines
Instrumentenvertärkers mit 3 OPVs (z.B. OP07) und entsprechend präzisen
Widerständen. Oder Du probierst mal, was sich ändert, wenn sich zwei
Spannungsfolger vor den Eingängen befinden.

Gruß

Autor: Wolfgang (Gast)
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@Chris,
47k als Eingangwiderstand sind nicht allzu hochohmig, sollten aber hier
reichen. Ich hatte den rel. niedrigen Wert deshalb gewählt, weil hier im
Forum mal darauf hingewiesen wurde, dass hochohmige Widerstände mehr
rauschen. Leider kann ich nicht einschätzen, wie  man so was konkret
abschätzen kann. Vielleicht kann jemand einen Hinweis geben.
Für den Druckmesser MPX2010 wird ein Ausgangswiderstand von 1,4k bis 3k
angegeben. Wenn ich das richtig sehe, sinkt bei 47k der
Verstärkungsfaktor um 3 bis 6%.
Da der Druckmesser MPX2010 nichts mit einem Präzisionsgerät zu tun hat,
muss das gesamte Meßsytem sowieso kalibriert werden. Dafür ist u. a. der
zweite OPV (IC1) vorgesehen, wo durch Änderung eines Widerstandes der
Endwert einstellbar ist. Zusätzlich  wäre auch noch eine softwaremäßige
Korrektur denkbar.
>>Eventuell erfüllt dies Dein Sensor nicht. Möglierweise resultiert
hieraus Deine Bemerkung, der Verstärkungsfaktor sei zu groß.  Am besten
ist, wenn es preisgünstig sein soll, immer noch die Grundschaltung
eines
Instrumentenvertärkers mit 3 OPVs (z.B. OP07) und entsprechend
präzisen
Widerständen. Oder Du probierst mal, was sich ändert, wenn sich zwei
Spannungsfolger vor den Eingängen befinden.<<
Wen möchtest du damit ansprechen?
Meinen Schaltungsvorschlag habe ich zwischenzeitlich aufgebaut und er
läuft nach Ausbau der Begrenzungsdioden (s.u.) nach einem ersten Test
problemlos.

@ alle, die sich den Schaltplan heruntergeladen haben:
die Z-Dioden D2 und D3 dürfen nicht parallel, sondern müssen in Reihe
geschaltet werden. Bei Parallelschaltung tritt eine Begrenzung (ca.
0,6V) entsprechend der Flussspannung ein.
MfG
Wolfgang

Autor: Berti (Gast)
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Hatte gute Erfahrungen mit INA155 von BurrBrown

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

das Rauschen läßt sich, falls es stört, mittels nachgeschaltetem
Tiefpaß recht gut vermindern, außer der Sensor soll sehr schnelle
Druckschwankungen (>100 Hz) verarbeiten. Meistens ist die Wahl des
OPV-Typs für das Rauschen maßgebender als das Rauschen aus den
Widerständen, prinzipiell stimmt Deine Einschätzung jedoch. Ein Tiefpaß
ließe sich um den zweiten OPV herum noch aufbauen.

Ich habe das mit den Spannungsfolgern so gemeint wie hier in Bild 4:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...
Das ist genau die angesprochen Variante mit den 3 OPvs.

Gruß

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

danke für die Antwort, ich habe mir jetzt die Teile besorgt ein TL071
sollte doch auch als OPV Funktionieren, oder?
Was bedeutet bei dir im Schaltplan A (zweimal) und MP
(Mikroprozessor?). Oder wo kann ich mit meinem ADC das Signal
abgreifen?

Ich werde die Schaltung heute odeer morgen mal aufbauen und schaun was
raus kommt.

Tschau Ingo

Autor: Wolfgang (Gast)
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Hallo Ingo,
A ist der Ausgang des Verstärkers an den du den µC oder ein anderes
Messgerät anschließen  kannst. MP ist die Bezeichnung für MessPunkt.
Hier kannst du schon mal den Differenzverstärker prüfen. (Nullpunkt,
Verstärkung usw.)
MfG
Wolfgang

Autor: Ingo_s (Gast)
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von Ingo zu Ingo,

viel einfacher in der Hardware geht es ohne Verstärker mit einem
16/24bit Sigma-Delta A/D-Wandler AD7714/AD7715. Kaum Bauteile und
keine
Probleme mit notwendigen Abschirmungen. Aber halt mehr Softw. aufwand
fuer das serielle Protokoll.
Ich habe so einen Hoehenmesser mit MPX2010 realisiert.

Gruss
 Ingo_s

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

ich bin gerate beim Aufbau habe die Schaltung auch schon fast fertig,
aber irgendwie verstehe ich nicht warum 2x A und dazwischen ein
Kondensator. Und ergibt das ziehen der +5V vom 7805 auf Masse nicht
einen Kurzschluß oder habe ich einen Denkfehler.

Danke

Ingo

Autor: Robert (Gast)
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schaut euch mal den MC33272 an. Der wird in Drucksensoren von Motorola
verwendet.

Robert

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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@Wolfgang,

was für einen OPV hast du für deine Schaltung benutzt?

TSchau Ingo

Autor: Wolfgang (Gast)
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Hallo Ingo,
>>ich bin gerate beim Aufbau habe die Schaltung auch schon fast
fertig,
aber irgendwie verstehe ich nicht warum 2x A und dazwischen ein
Kondensator.<<
Vielleicht von mir ungünstig gezeichnet. Ein  A (oberer) kommt an den
Eingang deines A/D wandlers , der andere A (unterer K14) an die analoge
Masse des Wandlers (µC). Der Kondensator C9 bildet mit R22 eine Art
Tiefpass und soll das Rauschen vermindern.
>>Und ergibt das ziehen der +5V vom 7805 auf Masse nicht
einen Kurzschluß oder habe ich einen Denkfehler.<<
vermutlich Denkfehler
Die eingesetzten OPV verlangen eine  pos./ neg. Betriebspannung. Zur
Erzeugung dieser Betriebspannung gibt es natürlich auch andere
Möglichkeiten.
>>was für einen OPV hast du für deine Schaltung benutzt?<<
MAA 725
TL 071 sollte hier aber auch genauso gut verwendbar sein

MfG
Wolfgang

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

danke für deine Antwort.

Du hast in deiner Zeichnung viele Punkte die auf Masse gehen. Hast du
eine Einheitliche Masse oder mehrer Getrennte Massen?
Ich habe jetzt folgendes Problem. Wenn ich jetzt nach den 47K
Wiederständen nach dem Sensor die Differenz messe erhalte ich ein
messbares Ergebnis jedoch kommt nach dem OPV keine veränderung raus.
Obwohl ich in meinem vorhergehenden Testaufbau schon ein Ergebnis zu
verszeichnen hatte, da ging der Ausgang des OPVs je nach angelegten
Druck zwischen 1,7V und 8,7V rauf und Runter. Jetzt aber erhalte ich
keine Veränderung am Ausgangs des OPVs bei meinem TEstaufbau hatte ich
den Sensor direkt geschalten ohne Widerstände.
Hier ist eben meine vermutung das der OPV mit der Last nicht klar
kommt.

TSchau Ingo

Autor: Wolfgang (Gast)
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Hallo Ingo,
ich habe den Eindruck, dass du dich noch nicht oder nur sehr wenig mit
OPV -schaltungen beschäftigt hast. Deine Anwendung sollte aber der
Anlass sein, dies verstärkt zu tun. (Literatur beschaffen, studieren
und dann experimentieren)
In der vorliegenden Schaltung ist IC1 ein sogn. Invertierender
Verstärker und IC2 ein Differenzverstärker. Legst du zwischen E1 und E2
des IC2 eine Spannung von 25mV an, so  müssen an MP ca. 250mV messbar
sein. Damit überstreichst du den Messbereich (0-25mV) deines
Druckfühlers
>>Du hast in deiner Zeichnung viele Punkte die auf Masse gehen. Hast
du
eine Einheitliche Masse oder mehrer Getrennte Massen?<<

es gibt nur diese eine Masse

>>Hier ist eben meine vermutung das der OPV mit der Last nicht klar
kommt.<<

glaub ich nicht. Wie groß ist der Eingangswiderstand deiner
Messvorrichtung?
Was sagt dein Datenblatt zur R Last?

MfG
Wolfgang

PS: habe gerade unter EKG -verstärker  hier im Forum gelesen, dass
derTL071 unter bestimmten Bedingungen zu Schwingungen neigt. Kontrolle
mit Oszi

Autor: Ingo Uhlemann (Gast)
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Hallo,

ja du hast recht ich beschäftige mich noch nicht sehr lange mit der
Materie, aber die Funktionsweise eines OPVs ist mir schon bekannt. Ich
habe mir die Werke von Tieze und Schenk Organisert und nur durch
Ausprobieren kann man es ja lernen. Ich werde mal mit dem Oszi ran
gehen habe mir am WE einen Organisert ist zwar kein neuere aber der
gehr für den Anfang.

TSchau Ingo

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