Hallo,
ich habe ein kleines Amperemeter gebaut, das Ströme im Bereich von
0.0..9.9mA messen kann und über vier Nixies (zwei numerische, und zwei
Sonderzeichen-Typen) anzeigt.
Über einen 5R Shunt wird der low-side-Spannungsabfall mit einem OP07
verstärkt und dann von einem ADC erfasst, der von einem PIC abgefragt
wird. Vorher hatte ich den LM358 benutzt, aber die Offset-Spannung war
zu hoch und sorgte für zu große Fehler, daher habe ich jetzt den OP07
genommen.
Aber: Der angezeigte Stromwert "rauscht" um Werte im Bereich +- 0.2mA,
und das ist viel zu viel. Messungen mit meinem Multimeter am Eingang des
ADC zeigten, dass die Spannung dort rauscht. Selbst wenn ich den
Stromeingang mit einer Drahtbrücke kurzschließe, wird manchmal auch
0.1mA angezeigt. irgendwas schwingt da. Aber was, warum, und wie kann
ich es verhindern?
Abblockkondensatoren benutze ich ja, und auch die
Hochspannungsversorgung (SMPS) für die Nixies kann es nicht sein, da das
Rauschen auch auftritt, wenn ich die Spannungsversorgung der Nixies
deaktiviere.
Gibt es Ideen?
Dank im Voraus, ich bin hinreichend verwirrt.
Beste Grüße
Jens
Es kann der µC, der 7660 (beides Digitalschaltungen) einstreuen.Dann
würde ich die Rückkopplung niederohmiger machen - Faktor 10 sollte kein
Problem sein, was kapazitive Einstreuungen vermindern sollte.
Und dann den Frequenzgang auf ein sinnvolles Maß beschränken - als
RC-Tiefpaß vor den ADC.
Ansonsten können noch viele Urachen wirken - z.B. miserable
Leiterbahnführung.
Hallo,
also der OP07 hat negative Versorgungsspannung, wie man dem Schaltplan
doch entnehmen kann.
Als Tiefpass vor dem ADC, was schalte ich für einen Kondensator davor?
So 10p oder größer?
Das Seltsame ist, dass die Schaltung gut mit dem LM358 funktionierte
(nur ungenau), aber seit dem OP07 schwingt sie irgendwie. Ist wohl
OP07-spezifisch.
Gruß
Jens
For best performance, use printed circuit boards. Wirewrap
boards are not recommended. Board layout
should ensure that digital and analog signal lines are
separated from each other. Do not run analog and digital
(especially clock) lines parallel to one another, or
digital lines underneath the ADC package.
Also ich habe das per Hand auf einer Punktraster-Platine aufgebaut,
daher könnte es durchaus "Layout"-bedingt sein, nur seltsam, dass es
vorher mit dem LM358 nicht auftrat.
Ich habe einen 10n parallel zum ADC-Eingang geschaltet, und das hat
nichts verbessert.
Werde nun einmal den 1nF vom OP07-Ausgang zum invertierenden Eingang
schalten.
Gruß
Jens
Jens schrieb:> Ich habe einen 10n parallel zum ADC-Eingang geschaltet, und das hat> nichts verbessert.
Da gehört aber noch ein Serienwiderstand dazu vom Ausgang des OPV!
Nur ein C bringt da garnichts.
Das muss auch auf einem Lochrasteraufbau sauber funktionieren.
Das wichtigste zur Masseführung:
1. Alle digitalen Massen zusammenführen.
2. Getrennt davon alle analogen Massen zusammenführen.
3. Beide Massen dann nur an EINER Stelle zusammenfüren.
mhh schrieb:> Da gehört aber noch ein Serienwiderstand dazu vom Ausgang des OPV!> Nur ein C bringt da garnichts.
OK, welchen nehme ich da?
Zum Thema Masseführung: Ja, das habe ich sicherlich nicht beachtet...
Ach mensch, ich hoffe ich muss das jetzt nicht neu aufbauen.
jens
Also da scheint es wirklich munter vor sich hin zu schwingen, siehe
Anhang. Leider konnte ich das nur abfotografieren weil mein Oszi meinen
USB-Stick nicht mag :-/
Also ich habe den 1nF vom Ausgang zum nichtinvertierenden-Eingang
geschaltet, sowie einen 10nF parallel zum ADC-Eingang. Welchen
Widerstand nehme ich denn für den Tiefpass?
Die Schwingungsfrequenz ist in der Größenordnung von 30-50 kHz, aber ich
möchte ja Gleichsstrom messen, und das mache ich sehr sehr langsam (nur
ca. 100x pro Sekunde). Also dimensioniere ich meinen Tiefpass vielleicht
auf 1kHz, wären dann R = ca. 15kOhm. Ergibt das Sinn?
Gruß
Jens
Also mit einem 22k-10nF-Tiefpass vor dem Eingang läuft es wie ne 1. Es
gibt auf dem Oszi zwar noch ein paar Schwingungen, aber die sind sehr
vereinzelt, aber der Messwert ist wirklich stabil in einer
Nachkommastelle :-)
Warum meinst du, ich sollte ihn wieder rausnehmen? Hat das gerade nicht
das Problem gelöst?
Gruß
Jens
Dann tue den 1nF mal wieder rein und den 10nF dafür raus und berichte
über das Ergebnis.
Jeder der beiden müsste ungefähr das gleiche bewirken, aber man tappt
halt im Dunkeln - aus der Ferne.
Der Kondensator in der Rückkopplung gehört in den invertierenden Kanal.
Den sollte man auch besser drin lassen.
Wie sauber ist denn die Versorgungsspannung ? Der ICL7660 erzeugt gerne
mal Störungen - sowohl auf der Versorgung, als auch Kapazitiv über den
Elko für die Ladungspumpe. Ein kritischer Punkt ist z.B. der
GND-Anschluß von R9, der sollte wirklich zum Shunt gehen, und sich die
Leitung mit nichts anderem Teilen.
Ein Kondensator am Ausgang des OPs nach Massen, ohne Widerstand davor
führt oft zum Schwingen.
ulrich schrieb:> Der Kondensator in der Rückkopplung gehört in den invertierenden Kanal.> Den sollte man auch besser drin lassen.
Was macht denn der eigentlich? Den Tiefpass am Ausgang kann ich mir ja
praktisch vorstellen, aber was koppelt denn der andere Kondensator da
rück?
ulrich schrieb:> Wie sauber ist denn die Versorgungsspannung ? Der ICL7660 erzeugt gerne> mal Störungen - sowohl auf der Versorgung, als auch Kapazitiv über den> Elko für die Ladungspumpe.
Die Versorgungsspannung ist in Ordnung, keine zu starken Schwingungen
erkennbar.
Gruß
Jens
>Oh, das ergibt Sinn. Naja, aber wegen des Tiefpasses kommen doch da>jetzt sowieso keine hohen Frequenzen an.
Du hast zwar die hochfrequenten Störungen vor dem ADC weggefiltert, sie
stehen am Ausgang des OP07 aber immer noch an, was dich beunruhigen
sollte. Ein langsamer OPamp wie der OP07, der hf-mäßig derart überfahren
wird, kann immer noch eine Menge Unfug anstellen und deine Meßergebnisse
spürbar verfälschen. Gerne wird die HF an internen pn-Übergängen
demoduliert und der OPamp rächt sich mit merkwürdigen und unerklärlichen
Offsetspannungen, die deine Messungen völlig verfälschen können. Auch
wenn die Sache im Moment für dich gut auszusehen scheint, kann morgen
schon alles ganz anders sein!
Na gut, dann kommt der 1nF eben wieder rein, aber dann sagen mir wieder
andere (s.o.), dass das damit schlechter funktionieren soll, weil der
Tiefpass dann anscheinend die Rückkopplung kaputt macht.
Ich bin verwirrt: was denn nun?
Gruß
Jens
>Ich bin verwirrt: was denn nun?
Erst mal solltest du von deiner Schaltung etwas lernen, daß du eine
gemischt analog digitale Schaltung hast und offenbar der Masseführung
keine ausreichende Bedeutung beigemessen hast. Das war dein Hauptfehler.
Hättest du wenigstens eine richtige Platine, mit einer durchgehenden
Massefläche verwendet, dann hättest du zumindest die Auswirkungen der
falschen Masseführung verringern können.
Dein zweiter Fehler war, daß in der Beschaltung des OP07 keinerlei
Bandbreitenbegrenzung vorhanden ist, weder am Eingang, noch in der
Gegenkopplung. Auch die Versorgungsspannungen des OP07 sind nicht
ausreichend entkoppelt: Pin 7 liegt direkt an der digitalen Speisung mit
all seinen fiesen Störungen und Pin 4 liegt direkt an einer
Ladungspumpe, die auch ordentliche Dämpfe erzeugt. Außerdem ist die
Gegenkopplung des OP07 viel zu hochohmig.
Wie die Messeführung besser angestellt werden soll, ist schon
beschrieben worden, auch wie man die Gegenkopplung niederohmiger macht.
Du könntest in die Versorgungsleitungen des OP07 noch kleine Tiefpässe
aus 100R und 10µF einfügen.
Wenn dann immer noch HF-Reste am Ausgang vorhanden sind, solltest du
noch am Eingang ein Tiefpaßfilter vorsehen, obwohl die Schaltung dort
eigentlich schon ausreichend niederohmig ist: 2k2 und 100n sollten
reichen.
Das RC-Filter am Eingang des ADC ist ok, das empfiehlt ja schon das
Datenblatt selbst.
Wenn dann immer noch HF-Reste vorhanden sind, solltest du den Analogteil
gegen den Digitalteil abschirmen. Insbesondere der Trimmer R7 könnte
hier einiges einfangen. Deswegen ja auch der Rat, die Gegenkopplung
deutlich niederohmiger zu machen, weil das "Einfangen" dann auch
deutlich vermindert ist.
Mit dem Kondensator parallel darf die Rückkopplung auch so hochohmig
sein. Nur Hochohmig und kein Kondensator geht nicht gut.
Am OP sollten schon keine HF Störungen zu sehen sein. Normal sollte man
dsa auch hin bekommen, selbst auf einem Steckbrett, denn der OP07 ist
eher langsam. Der Tiefpass dahinter ist mehr Kosmetik und damit
Störungen vom AD Wandler nicht zum OP zurückwirken.
>Mit dem Kondensator parallel darf die Rückkopplung auch so hochohmig>sein. Nur Hochohmig und kein Kondensator geht nicht gut.
Er soll ja möglichst auch keinen Brumm einfangen. Von daher ist die
Gegenkopplung eindeutig zu hochohmig.
>Am OP sollten schon keine HF Störungen zu sehen sein. Normal sollte man>dsa auch hin bekommen, selbst auf einem Steckbrett, denn der OP07 ist>eher langsam.
Er kann immerhin rund 1MHz. Und die von Jens beobachteten Störungen
waren im Bereich von rund 30kHz, plus Harmonischer.
*** ABBLOCK-Cs vergessen!?!?! ***
ohne jetzt den ganzen thread gelesen zu haben:
das klingt ganz stark so, als hättest du die abblock-kondensatoren
vergessen:
bei OpAmps sollte man tunlichst zwei keramische Cs von ca. 100nF direkt
an die beiden anschlüsse für die positive und negative
versorgungsspannung gegen masse anbringen. sonst schwingt so ein OP auch
mal gerne munter vor sich hin!
Jens G. schrieb:> Naja - direkt vergessen hat er den lt. Schaltplan nicht, aber nur zw. +> und - , nicht nach Masse.
...damit wechselstromartige Störungen an einer der Versorgungsleitungen
auch garantiert auf die andere Versorgungsleitung übertragen werden!
>...damit wechselstromartige Störungen an einer der Versorgungsleitungen>auch garantiert auf die andere Versorgungsleitung übertragen werden!
Was nicht schlimm ist, sofern wenigstens auf einer Seite ein Cap nach
Masse geht.
Diese Caps über den Versorgungsspannungsanschlüssen von OPamps waren in
den 80igern übrigens "große Mode". Man sprach ihnen die
abenteuerlichsten Vorteile zu...
Elena schrieb:> Was nicht schlimm ist, sofern wenigstens auf einer Seite ein Cap nach> Masse geht.
...aber daran denken, dass die Cs möglichst nah an den Anschlussbeinchen
für die Versorgungsspannung liegen müssen!
Hallo an alle,
ich danke für die Vielzahl an Antworten, ich habe noch ein paar
Rückmeldungen / Rückfragen.
Die Schaltung läuft jetzt stabil mit meinem Bastel-Layout, daher werde
ich das erstmal so lassen, aber der Kondensator in der Gegenkopplung
kommt noch rein nach meiner nächsten Bauteile-Bestellung.
Ich habe eine zweite Schaltung gebaut mit Strom- und Spannungsmessung,
und da war auch alles verrauscht (absichtlich. Ich wollte gucken, wie
ich das möglichst gut wegbekomme), und nachdem ich überall nahe an den
ICs 100nF Abblocker eingebaut habe (beim OPV auch + und - separat mit
100nF nach GND, danke für den Tip!), und den Tiefpass vor den Strom-ADC
geschaltet habe, war es so gut wie weg. Ein 10nF vor dem Spannungs-ADC
hat dann mit dem Spannungsteiler sein Übriges getan, und die Schaltung
läuft stabil.
Massentrennung habe ich nicht beachtet, da ich die Stromversorgung schon
verdrahtet hatte, als der Thread hier begann. Aber ich kann das aus
meiner Erfahrung als nicht zu kritisch bewerten (es ist bei mir
zumindest nicht der dominierende Effekt), aber in Zukunft werde ich GND
und AGND separat verschalten.
Aber ich habe noch eine Frage zur hochohmigen Rückkopplung: Warum soll
die zu hochohmig sein (in den Beispielen zum OPV im Wiki sind die R auch
in der Größenordnung 100K), und (viel wichtiger) warum fangen gerade
diese hohen Widerstandswerte den Brumm ein?
Hoffe ich bekomm nochmal so gute Erklärungen. Danke schonmal im Voraus!
Beste Grüße
Jens
>Massentrennung habe ich nicht beachtet, da ich die Stromversorgung schon>verdrahtet hatte, als der Thread hier begann. Aber ich kann das aus>meiner Erfahrung als nicht zu kritisch bewerten (es ist bei mir>zumindest nicht der dominierende Effekt), aber in Zukunft werde ich GND>und AGND separat verschalten.
Man kann der Masseführung garnicht zu große Bedeutung beimessen, weil
sie in einer gemischt analog digitalen Schaltung so gut wie alles
entscheidet! Was hättest du denn gemacht, wenn der ADC ein passives
Tiefpaßfilter nicht zugelassen hätte, sondern besonders niedrohmig hätte
getrieben werden müssen?? Da hättest du das Rauschen nicht mehr
wegbekommen!
Außerdem können durch falsche Masseführung noch ganz andere Störungen
entstehen, die sich nicht mehr mit einem einfachen Filter beheben
lassen. Also unterschätze nicht die Bedeutung einer korrekten
Masseführung in einer solchen Schaltung. Das nächste Mal hast du nicht
so viel Glück und mußt von vorne anfangen...
>Aber ich habe noch eine Frage zur hochohmigen Rückkopplung: Warum soll>die zu hochohmig sein (in den Beispielen zum OPV im Wiki sind die R auch>in der Größenordnung 100K), und (viel wichtiger) warum fangen gerade>diese hohen Widerstandswerte den Brumm ein?
Wenn du in der Nähe deiner Schaltung 230V Leitungen hast oder einen
Netztrafo, wird deine Schaltung von elektrischen 50Hz Wechselfelder
beaufschlagt. Die Kopplung wird vermittelt durch Streukapazitäten, die
mit den Beschaltungswiderständen simple RC-Hochpaßfilter bilden. Am
"Eingang" des "Hochpasses" liegt 230V mit 50Hz an und am "Ausgang" sitzt
dein Beschaltungswiderstand. Eine simple Rechnung zeigt, daß eine
Vergrößerung des Beschaltungswiderstands um den Faktor 10 auch die
eingekoppelten Störungen um den Faktor 10 vergrößert!
Deswegen werden Profischaltungen, bei denen sehr große
Signalstörabstände wichtig sind, so niederohmig wie möglich und so
hochohmig wie nötig dimensioniert.
Elena schrieb:> Man kann der Masseführung garnicht zu große Bedeutung beimessen, weil> sie in einer gemischt analog digitalen Schaltung so gut wie alles> entscheidet!
Überall, wo verstärkt wird, ist eine saubere Masseführung wichtig. Je
höher die Verstärkung, um so wichtiger.
Beispiel: zwei Massepunkte seinen bei schlechter Masseführung über
lange, dünne Leiterbahnen verbunden, der Spannungsabfall an der
Leiterbahn sei vom einen Punkt zum anderen 0,1V. Jetzt könnte man sagen,
das ist doch vernachlässigbar.
Wenn aber zwischen den beiden Punkten eine Verstärkerschaltung mit dem
Faktor 100 aufgebaut ist, wird quasi der Spannungsabfall in der
Masseleitung mitverstärkt. Das wären dann theoretisch 10V. Gar nicht
gut!
Man denkt, Masse wäre überall gleich. Ist sie aber nur, wenn man
schaltungstechnisch etwas dafür tut.
amperemeter.png
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