Spannungsabfall am Widerstand eines OP

[Kally K. (Gast)]

Hallo zusammen,

ich frage mich woher ein Spannungsabfall kommt und hoffe, dass ihr mir 
helfen könnt. Folgende Schaltung ist aufgebaut. Verwendet wird der 
AD8207 mit einer fixen Vertsärkung von 20.
Es geht um die Widerstände R1 und R2, welche jedoch drin bleiben müssen, 
außerdem geht es ums Verständnis.
Ich weiß, dass ein Spannungsabfall nur entstehen kann, wenn ein Strom 
fließt. Nun ist die Frage, ob diesen der Input Bias Strom verursacht.
Bei 20mV hab ich beispielsweise einen U-Abfall von 1,5mV an beiden 
Widerständen, also 0,75mV an jedem von beiden. Woher kommt das?
Vielen Dank im Voraus und einen schönen Tag noch.

Kally

[U.R. Schmitt (Gast)]

Es gilt das Ohmsche Gesetz:
U = I*R.
Wenn also eine Spannung an dem Widerstand messbar ist, dann muss wohl 
ein Strom fliessen.
Und da die Widerstände nur mit den Eingängen des OPs verbunden sind kann 
der Strom nur in die Eingänge fliessen.
Alles weitere sagt dir das Datenblatt des OPs

[Kally K. (Gast)]

U.R. Schmitt schrieb:
> Es gilt das Ohmsche Gesetz:
> U = I*R.
> Wenn also eine Spannung an dem Widerstand messbar ist, dann muss wohl
> ein Strom fliessen.
> Und da die Widerstände nur mit den Eingängen des OPs verbunden sind kann
> der Strom nur in die Eingänge fliessen.
> Alles weitere sagt dir das Datenblatt des OPs

Vielen Dank, das war mir schon klar, nur ist dieser Strom der Input Bias 
Strom? Weil eigentlich ist dieser doch der Mittelwert der Ruheströme der 
in die beiden Eingänge fließt oder irre ich mich da?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Kally K. schrieb:
> Verwendet wird der AD8207

Im Schaltplan hast du einen LT1006 verwendet. Der LT1006 und der AD8207
sind zwei völlig verschiedene Dinge: Während der LT1006 ein reiner
Operationsverstärker ist, ist der AD8207 ein Operationsverstärker mit
viel zusätzlicher Beschaltung (s. erste Seite im Datenblatt). Der
Eingangsstrom des AD8207 wird vor allem durch die internen Widerstände
bestimmt, der Bias-Strom spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.

[Kally K. (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> Kally K. schrieb:
>> Verwendet wird der AD8207
>
> Im Schaltplan hast du einen LT1006 verwendet. Der LT1006 und der AD8207
> sind zwei völlig verschiedene Dinge: Während der LT1006 ein reiner
> Operationsverstärker ist, ist der AD8207 ein Operationsverstärker mit
> viel zusätzlicher Beschaltung (s. erste Seite im Datenblatt). Der
> Eingangsstrom des AD8207 wird vor allem durch die internen Widerstände
> bestimmt, der Bias-Strom spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.

Vielen Dank für die Antwort. Ich habe nur irgendeinen OP im LTSpice 
genommen um zu veranschaulichen, welche Schaltung ich meine.

Also liegt es somit nicht am Bias-Strom, dass ich einen Spannungsabfall 
habe?
Kann man den Strom, der dafür verantwortlich ist berechnen?

Vielen Dank im Voraus.

[Helmut S. (helmuts)]

Deine Schaltung ist falsch. Die Eingänge des Opamp brauchen über einen 
DC-Pfad einen Bezug zur Masse deiner Schaltung. Man kann die Eingänge 
nicht in der Luft hängen lassen. Der Opamp funktioniert nur, wenn die 
Eingänge im Breich von z. B. Vplus-2V und Vminus+2V liegen.

[Kally K. (Gast)]

Ok, Fehler bei meiner aufgezeichneten Schaltung.
In der Realität ist der Minuseingang des OP und die negative Seite der 
Spannungsversorgung auf Masse.

Zurück zur Frage:
>Also liegt es somit nicht am Bias-Strom, dass ich einen Spannungsabfall
>habe?
>Kann man den Strom, der dafür verantwortlich ist berechnen?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

> Kann man den Strom, der dafür verantwortlich ist berechnen?

Im Datenblatt sind die Differential (240kΩ) und die Common Mode Input
Impedance (126kΩ) angegeben. Daraus kann man prinzipiell den Differenz-
und den Gleichttaktanteil der Eingangsströme berechnen:

Für den nichtinvertierenden Eingang:

  Id = (Up - Um) / 240kΩ
  Ig = (Up - U0) / 126kΩ
  I  = (Up - Um) / 240kΩ + (Up - U0) / 126kΩ


Für den invertierenden Eingang:

  Id = (Um - Up) / 240kΩ
  Ig = (Um - U0) / 126kΩ
  I  = (Um - Up) / 240kΩ + (Um - U0) / 126kΩ

Up und Um sind dabei die Eingangsspannungen, U0 die Bezugsspannung für
den Gleichtakteingangswiderstand (Common Mode Input Impedance).

U0 ist im Datenblatt nicht direkt angegeben, man kann sie aber aus Figu-
re 8 ablesen: Es ist diejenige Spannung, bei der der Eingangsstrom 0
ist. Wie es scheint, entspricht U0 gerade der internen Referenzspannung,
die über den RANGE-Pin auf 2,2V (für 3,3V-Versorgung) oder 3,5V (für
5V-Versorgung) eingestellt werden kann.

Mit den Schaltbildern des internen Aufbaus kann man obige Überlegung
leider nicht nachprüfen, weil sie alle fehlerhaft sind. Ich habe
versucht das Eingangsverhalten nach dem Schaltbild in Figure 25 zu
berechnen. Mit der angegebenen Dimensionierung kommt man aber nie auf
eine Verstärkung von 20. Selbst wenn man die beiden 100kΩ-Widerstände in
der Mitte durch 0Ω ersetzt, um die Verstärkung zu erhöhen, erreicht man
gerade einmal 1,2. Man müsste zusätzlich den Gegenkopplungswiderstand
zusammen mit den Widerständen an den VREF-Anschlüssen deutlich erhöhen
um die angegeben Verstärkung zu erreichen.

Das Schaltbild in Figure 1 sieht da schon etwas stimmiger aus, aller-
dings sind hier die VREFs auf der falschen Seite der Brücke in der Mitte
angeschlossen, und leider sind auch keine Widerstandswerte angegeben.
Ich habe die Schaltung deswegen korrigiert und versucht, die Dimensio-
nierung so zu rekonstruieren, dass die Verstärkung 20 und die Eingangs-
impedanzen 240kΩ (differentiell) und 126kΩ (Common Mode) sind. Das Er-
gebnis ist im Anhang zu sehen.

Ich habe allerdings für R4 keine glatten Werte hinbekommen. Damit die
Verstärkung 20 wird, muss R3||R4=261,55Ω (300kΩ/1147) sein. Wählt man
für R3 einen glatten Wert, wird R4 krumm und umgekehrt.

Wie auch immer: Auch bei der korrigierten Schaltung ist die Bezugsspan-
nung U0 für den Gleichtakteingangswiderstand gleich der internen Refe-
renzspannung V1, was sich mit dem Diagramm in Figure 8 deckt.

Damit kannst du jetzt also die Eingangsströme ausrechnen. Vielleicht
kannst du mal schreiben, ob das Ganze auch in der Praxis noch stimmt.
Ich habe leider keinen AD8207 da, um das mal zu testen.

> Es geht um die Widerstände R1 und R2, welche jedoch drin bleiben müssen,

Wieso eigentlich? Du verlierst durch diese Widerstände Genauigkeit, und
ich wüsste keinen Grund, was sie für einen Vorteil bringen sollten. Sie
sind einfach in Reihe zu den internen 120kΩ-Widerständen geschaltet und
machen dadurch den beim Hersteller vorgenommenen Laserabgleich zunichte.