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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV-Verständnisfrage zu PT1000-AuswertungsschaltungHallo, in der Schaltung hier http://www.mikrocontroller.net/attachment/21080/PT1000_-_Schaltungberechnung.pdf ist eine Beschaltung des Operationsverstärkers drinn, die ich nicht so richtig verstehe. Insbesondere komm ich nicht dahinter, wie man auf den angegebenen Verstärkungsfaktor kommt. Weiß jemand, wie das funktioniert? Danke, Dosmo Hallo nicht inv. Verstärker V=1 + Gegenkopplungswiderstand/ Vorwiderstand. Für das Signal ist die Versorgung ein Kurzschluss. Damit liegt R3||R4. Das ist die nichtinvertierende Verstärkerschaltung wie hier http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_.28Elektrometerverst.C3.A4rker.29 nur mit dem Unterschied dass R1 im Wikipedia zuerst in zwei parallel- geschaltete Widerstände (R3 und R4) aufgeteilt wurden und dann R3 statt gegen GND gegen +12V geschaltet wurde. Das Ändern von konstanten Gleich- spannungen ändert aber nichts am Verstärkungsfaktor, sondern nur am Offset. Yalu X. schrieb: >Das Ändern von konstanten Gleich- >spannungen ändert aber nichts am Verstärkungsfaktor, sondern nur am >Offset. Das ist genau der Punkt, der mir nicht klar ist. Kannst Du das etwas näher erklären? Ich hab nochmal darüber gebrütet, aber ich komm nicht drauf. Wenn wir mal 0°C annehmen, ergibt sich folgendes Bild: - R2 hat einen Widerstandswert von 1k. - Über R2 fällt eine Spannung von 12V*(1k/(12k+1k))= 0,92V ab. - Am OPV-Plus-Eingang liegt also 0,92V an. - Der OPV stellt seine Ausgangsspannung so ein, daß auch am Minus-Eingang 0,92V liegt. - Damit fließt durch R3 ein Strom von (12V-0,92V)/9,09k = 1,22mA - Durch R4 fließt sein Strom von 0,92V/1k = 0,92mA - Folglich muß an dem Knoten am Minus-Eingang noch ein Strom von 1,22mA-0,92mA = 0,3mA herausfließen. - D.h. es fließen 0,3mA vom Minus-Eingang durch R5 zum OPV-Ausgang hin. - D.h. das Potential am OPV-Ausgang muß 0,92V - (0,3mA*11,8k) = -2,62V betragen. Aber am OPV-Ausgang soll doch ein positives Potential herauskommen. Wo liegt der Denkfehler? Hallo Für den Knoten gilt: 1,22mA - 0,92mA - 0,3mA =0 => Vorzeichenfehler Dosmo schrieb: > Das ist genau der Punkt, der mir nicht klar ist. Kannst Du das etwas > näher erklären? In einem linearen elektrischen System (so auch in diesem) ist jede Span- nung und jeder Strom eine lineare Funktion der Quellenspannungen und -ströme, also Ux = c1·U1 + c2·U2 + c3·U3 + c4·I1 + c5·I2 + ... Eines dieser Ui ist das Eingangssignal, ein anderes die Betriebsspan- nung, ein drittes vielleicht eine Spannungsreferenz usw. Stellt man bei bei einer Verstärkerschaltung diese Gleichung für die Ausgangsspannung auf, so ist der Verstärkungsfaktor derjenige Faktor ci, mit dem die Eingangsspannung multipliziert ist, im folgenden Beispiel also c2: Ua = c1·Ub + c2·Ue (Ub ist die Betriebsspannung) Alle anderen Spannungen haben keinen Einfluss auf die Verstärkung, da sie wegen der Linearität nicht als Faktor vor der Eingangsspannung stehen können. Im Beispiel der PT1000-Schaltung sieht das genauso aus. Nennen wir die Festspannung, mit der R3 verbunden ist, U3, dann ist Ua = c1·Ub + c2·Ue + c3·U3 Liegt R3 parallel zu R4, ist U3=0, und wir haben den klassischen nicht- invertierenden Verstärker. Wird jetzt R3 statt mit GND mit +12V verbun- den, ändert sich U3 auf 12V, der Faktor von Ue bleibt davon aber unbe- einflusst, d.h. die Verstärkung bleibt die gleiche. Das einzige, was sich ändert, ist ein konstanter Offset c3·12V, der zu Ua hinzuaddiert wird. Im engen Zusammenhang mit dieser Überlegung steht übrigens der Überlagerungsatz. Mit diesem wird Ux = c1·U1 + c2·U2 + c3·U3 + c4·I1 + c5·I2 + ... nicht an einem Stück berechnet, sondern man setzt nacheinander alle Quellen bis auf jeweils eine auf 0 und summiert anschließend die Ergebnisse auf: Ux = c1·U1 + c2·U2 + c3·U3 + c4·I1 + c5·I2 + ... = c1·U1 + c2·0 + c3·0 + c4·0 + c5·0 + ... + c1·0 + c2·U2 + c3·0 + c4·0 + c5·0 + ... + c1·0 + c2·0 + c3·U3 + c4·0 + c5·0 + ... + c1·0 + c2·0 + c3·0 + c4·I1 + c5·0 + ... + c1·0 + c2·0 + c3·0 + c4·0 + c5·I2 + ... Wie du siehst, hat der Überlagerungsatz überhaupt nichts Magisches, sondern ist fast schon trivial. Dosmo schrieb: > Aber am OPV-Ausgang soll doch ein positives Potential herauskommen. Wo > liegt der Denkfehler? Nirgends, deine Berechnung ist — bis auf Rundungsfehler — richtig (ich komme auf -2,56V). Falls du erwartest, dass R2=910…1300Ω zu Ua=0…5V führt, musst du folgende Widerstände anpassen: R3= 12259, R5=13209 Der Rest kann gleich bleiben. Die genannten Widerstandswerte erhältst du bspw. dadurch, dass du die Schaltung allgemein berechnest und durch Einsetzen von (R2=910Ω, Ua=0V) bzw. (R2=1300Ω, Ua=5V) ein System von zwei Gleichungen aufstellst, das du nach R3 und R5 auflöst. Edit: Ich sehe gerade, wo du das PDF-Dokument gefunden hast: Beitrag "Re: PT1000 - konkrete Schaltung" Der Auto schreibt einen Beitrag später: > So, habe die ganze Sache jetzt mal auf dem Steckbrett aufgebaut und > natürlich ging erstmal nix. :-) > Grund dafür war die Falschauslegung der Verstärkerschaltung. Das habe > ich jetzt korrigiert (siehe Anhang; gelbe Werte im Schaltplan und blauer > Text). Die Schaltung in V2.0 des Dokuments ist zwar von der Dimensionierung her deutlich besser, stimmt aber immer noch nicht. > Insbesondere komm ich nicht dahinter, wie man auf den angegebenen > Verstärkungsfaktor kommt. Na wie kommt man denn auf den Verstärkungsfaktor des nichtinvertierenden Verstärkers ? Uin ---------|+\ | >--+-- Uout +--|-/ | | | GND --Ra--+--Rb----+ Uout = Uin/Ra*(Ra+Rb) = Uin * (1 + Rb/Ra) Grundschule Mathematik. Und was ist der Widerstand Ra in deiner Schaltung ? Offenbar der Widerstand des Knotenpunktes des Spannungsteilers aus R3 und R4. Und wie hoch ist der Widerstand ? Man könnte es mit Belastungstests experimentell ermitteln. Aber dann wird man nur merken, daß er genau der Parallelschaltung von R3 und R4 entspricht. Und welchen Widerstandswert hat diese Parallelschaltung ? Kennt sogar Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Parallelschaltung Vielen Dank für die ausführliche Darstellung! Yalu schrieb: >> Aber am OPV-Ausgang soll doch ein positives Potential herauskommen. Wo >> liegt der Denkfehler? > >Nirgends, deine Berechnung ist — bis auf Rundungsfehler — richtig (ich >komme auf -2,56V). Falls du erwartest, dass R2=910…1300Ω zu Ua=0…5V >führt, musst du folgende Widerstände anpassen: Was mich wundert, ist das Vorzeichen. Ich hätte erwartet, daß +2,62V (bzw. +2,56V) herauskommen und nicht -2,62V. Der Autor der Schaltung will ja explizit eine Ausgangsspannung von 0 bis 5V erzeugen. Ich nehme an, daß ich irgendwo einen Vorzeichenfehler drinn hab, aber ich komm nicht drauf, wo. Ich werd das ganze mal aufbauen und ausprobieren... MaWin schrieb: >Offenbar der Widerstand des Knotenpunktes des Spannungsteilers aus R3 >und R4. Aber der Widerstand gegen was? Gegen Masse? Gegen Vcc? Gegen beides? Mir war nicht bewußt, daß Vcc und Masse in diesem Fall gleichgesetzt werden können. Dosmo schrieb: > Ich nehme an, daß ich irgendwo einen Vorzeichenfehler drinn hab, aber > ich komm nicht drauf, wo. Nein, der Fehler liegt beim Autor des Dokuments, wie er ja selbst zugegeben hat. > Aber der Widerstand gegen was? Gegen Masse? Gegen Vcc?
Der Widerstand gegen die geteilte Spannung,
im Ursprungsfall also 1.19V.
Und WARUM das so ist, daß egal ist wohin die Widerstände
laufen, weiß die Wissenschaft seit 150 Jahren.
Jüngere lernen diesen Stand der Wissenschaft an der Uni.
Ja natürlich! Ich hab mich die ganze Zeit gewundert, warum er (in seiner fehlerhaften Berechnung) eine höhere Spannung am Minus-Eingang haben will als am Plus-Eingang. In der korregierten Schaltung ist es dann genau andersrum. Das macht dann mehr Sinn. Danke! Ich hätte mal eine Frage zu dieser "PT1000-Auswertungsschaltung" Der PT1000 wird in 3-Draht-Technik angeschlossen. Wird damit nur einer der beiden Zuleitungswiderstande aufgehoben oder beide? Wie würde man das in 4-Draht-Technik machen? Tecumseh schrieb: > Der PT1000 wird in 3-Draht-Technik angeschlossen. > Wird damit nur einer der beiden Zuleitungswiderstande aufgehoben oder > beide? Nur einer, deswegen bringt es in dem Fall nicht viel. Steht auch ganz unten in der Auswertung. > Wird damit nur einer der beiden Zuleitungswiderstande aufgehoben > oder beide? Bei der Blödsinnsschaltung nur einer. > Wie würde man das in 4-Draht-Technik machen? Siehe http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm Suche 3-Leiter-Anschluss Hallo Dosmo, es gibt zwei wesentliche Sachen zu verstehen: Ernstens: Denk dir mal einen ganz normalen nicht-invertierenden Verstärker mit einem Spannungsteiler Ua -> R2 -> Ue -> R1 -> 0V. Es gilt: I2 = (Ua-Ue)/R2 = I1 = (Ue-0V)/R1 Ein wenig umgestellt kommt dann raus: Ua = Ue * (1 + R2/R1) = Ue * V Nun legst du R1 nicht auf 0V, sondern an eine ideale Spannungsquelle mit der konstanten Spannung Ux. Dann gilt: I2 = (Ua-Ue)/R2 = I1 = (Ue-Ux)/R1 -> Ua = Ue * (1 + R2/R1) - Ux * R2/R1 = Ue V - Ux (V-1) -> Ua = (Ue - Ux) * V + Ux Wenn du also eine Spannung Ux an R1 anlegst, wird Ux vor der Verstärkung von Ue abgezogen und nach der Verstärker wird Ux zum Ergebnis wieder hinzuaddiert. Der springende Punkt ist, daß die Verstärkung gleich bleibt, unabhängig wie groß Ux (oder Ue oder Ubatt) ist. Sie wird nur durch die Widerstände R1 und R2 bestimmt. Zweitens: In der PT1000 Schaltung hast du einen Spannungsteiler 12V -> 9.09k -> 1.19V -> 1k -> 0V. Was macht dieser Spannungsteiler unter Last? Die Spannung läuft weg. Warum? Weil dieser Spannungsteiler eine Spannungsquelle mit Innenwiderstand ist. Wie groß ist die Leerlaufspannung? 1.19V Wie groß ist der Innenwiderstand? 9.09k || 1k. Wenn du dir also anstatt des Spannungsteilers eine ideale Spannungsquelle mit 1.19V und einem zusätzlichen Widerstand von 9.09k || 1k denkst, kommt ein nicht-invertierender Verstärker heraus, bei dem die Offsetspannung Ux 1.19V beträgt und der Widerstand R2 den Wert 9.09k || 1k hat. Folglich hat die PT1000 Schaltung folgende Formel: Ua = (Ue - 1.19V) * (1 + 11.8k / 9.09k || 1k) + 1.19V 3-Leiter-Technik würde ich so wie hier machen: Beitrag "Re: PT100 Verstärkerschaltung für starke Gleichtacktstörung" Jackson Farmer schrieb:
>Wie groß ist der Innenwiderstand? 9.09k || 1k.
Ganz genau das hat mir gefehlt. Dank Dir!
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