Hallo,
ich verzweifel jetzt seit einigen Tagen und nach vielen Stunden langsam
wirklich an einer eigentlich sehr simplen Schaltung, ich hoffe und bitte
um eure Unterstützung! Ich weiß sonst nicht mehr, was ich noch machen
soll. Bitte schaut euch erstmal meine Doku an, bevor ihr "TRIVIAL"
schreit, das habe ich nämlich auch getan, bis ich mit meinem latein am
ende war. Falls jemand von euch die triviale lösung sieht und mir an den
kopf werfen kann: Ich würde mich freuen!
Der Aufbau ist (eigentlich) schlicht:
Die Erste Stufe eines Instrumentenverstärkers soll über eine
symmetrische Spannungsquelle versorgt, ein Signal um den Faktor 1000
verstärken. Das ist alles.
Schaltung und Aufbau sowie Oszi-Bild ist angehängt.Die symmetrische
Spannungsversorgung ist über einen Opamp geregelt, die eine virtuelle
Masse zwischen U+ und GND erzeugt. Im Schaltplan sind noch kondensatoren
dabei, die im Foto jedoch fehlen, weil ich mit Batterien versorge.
Mein Problem, das ich nun seit tagen nicht gelöst bekomme und einfach
nicht verstehe:
Der Verstärkungsfaktor der Stufe errechnet sich zu (2*R2/R1 +1), wobei
im Eagle Schaltbild die beiden 1MegOhm Widerstände R2 sind und die
beiden 1kOhm Widerstände (also 2k) R1. Verstärkung sollte also 1001 sein
und damit ein mV Sinus-Signal zwischen den beiden Eingängen In1 und In2
in den Voltbereich verstärken, also zwischen den beiden Ausgängen Out1
und Out2 als V Sinus erscheinen.
Das Eingangssignal ist aus meiner Soundkarte und kommt über einen
Spannungsteiler (im Foto Nr. 2) kleiner gemacht als Signal zwischen 3
und 12mV über In1 (Signal) und In2 (GND) in die Schaltung.
Und nun die Probleme:
1. Bei Messung des Ausgangssignals zwischen Out1 und Out2 messe ich
NICHTS! Dass ich dort (und nicht etwa gegen mein virtuelles GND) bereits
das um den gewünschten Faktor verstärkte Signal messen sollte, zeigt die
Spice Simulation (siehe auch Anhang).
2. Messe ich von einem der Ausgänge Out1/2 gegen VGND bekomme ich zwar
ein verstärktes Signal, jedoch stimmt die Verstärkung nicht, sie liegt
immer unterhalb (um einen faktor 10 bis 2) des gewünschten faktors 1000.
Die Widerstände sind mehrmals nachgemessen und stimmen sicher.
Die ganze Schaltung ist ja wohl völlig übersichtlich und ich habe sie
inzwischen mehrmals neu aufgebaut. Ich bin mit meinem latein am Ende.
Letzte Anmerkungen:
- die Opamps sind TLC272er und nicht defekt. ich habe drei und alle
ausprobiert - außerdem arbeiten sie ja - blos nicht so wie ich will.
- die Spannungsversorgung funktioniert, ich messe überall da, wo ich
sollte, meine +- 4,5V gegen VGND.
Wenn ihr mir IRGENDWIE weiterhelfen könntet, ich wäre euch wirklich
dankbar! Alle Fragen beantworte ich dazu gerne!
Mit besten Grüßen
Alex
zur Ergänzung der Anhänge:
- Das Bild der Spice-Simulation zeigt das Signal zwischen Out1 und Out2,
also zwischen den beiden Ausgängen der Impedanzwandler
- das Oszibild zeigt das Eingangssignal zwischen In1 und In2 (blau) und
das verstärkte Ausgangssignal gemessen zwischen Out1 und VGND (und eben
nicht zwischen Out1 und 2).
Mach unbedingtr die Abblockkondensatoren rein.
100nF direkt am opamp.
Danach nochmal messen, auchmal ohne Eingangssignal und mit kleineren
Zeitbasen, wahrscheinlich schwingt das ganze Ding.
Der opamp ist für die virtuelle Masse nicht geeignet, kann nicht genug
Strom liefern.
Warum zapst Du nicht zweischen den Batterien eine Masse ab?
Messe mal v+ und v- gegen die virtuelle Masse.
Hans Mayer schrieb:> Der opamp ist für die virtuelle Masse nicht geeignet, kann nicht genug> Strom liefern.> Mach unbedingtr die Abblockkondensatoren rein.> 100nF direkt am opamp.> Danach nochmal messen, auchmal ohne Eingangssignal und mit kleineren> Zeitbasen, wahrscheinlich schwingt das ganze Ding.
Eigentlich sollte ja fast kein strom fließen, weil die ausgänge nicht
belastet sind oder? Ich habe momentan leider keinen anderen OpAmp.
Kondensatoren habe ich wieder dazugesteckt, die waren aber (leider) am
Anfang meines Aufbaus auch schon drin, habe sie nur rausgenommen um
Fehlerquellen zu eliminieren. Ich mache grad mal nen oszi-screenshot
ohne eingangssignal
> Warum zapst Du nicht zweischen den Batterien eine Masse ab?> Messe mal v+ und v- gegen die virtuelle Masse.
Weil das ganze mal (bzw zwischendurch) mit 9V Block versorgt wird und da
gehts ja nicht. V+ und V- gegen die Masse sind ziemlich genau +4,5 und -
4,5V mit 9V block und +2,85 bzw -2,85 mit 4xAABlock - und die brechen
auch nicht ein während alles läuft...
ich habe das ganze auch nochmal mit GND zwischen 2x2AA Batterien (also
+-3V) getestet mit dem selben Ergebnis (ausgangssignal wie im oszibild
ganz oben)... versteht das IRGENDjemand?
ich drehe außerdem momentan ständig am Eingangssignal aus der
soundkarte... die verstärkung ist signalstärkeabhängig (soll heißen sie
wird höher je stärker das signal ist). bei eingangssignalpegel peak to
peak von 15mV ergibt sich eine Verstärkung von 350...
um gleich vorwegzunehmen: Ich habe das ganze auch shcon mit einem signal
aus einem signalgenerator getestet.
Klingt jetzt altklug, aber bei Instrumentenverstärkern fährt man besser
wenn man einen fertigen kauft. Es gibt preiswerte. Wenn es wirklich
handgestrickt sein muss: nimm das 2-OPA-Design, das mit den dreien macht
oft mehr Ärger. Virtuelle Massen sind bei INAs ganz ganz schlecht!
Hmm, grad nochmal überlegt: kann es seinm dass Du die Chips gebraten
hast? der TLC272 ist extrem anfällig gegen Überspannung der Versorgung
und ESD!!!!! Schlimmstes Bauteil überhaupt in der Hinsicht.
Oldman schrieb:> Hmm, grad nochmal überlegt: kann es seinm dass Du die Chips gebraten> hast? der TLC272 ist extrem anfällig gegen Überspannung der Versorgung> und ESD!!!!! Schlimmstes Bauteil überhaupt in der Hinsicht.
ja, das dachte ich auch aber ich habe drei davon getestet und - die
schaltung läuft ja. er verstärkt ja (sogar sauber) nur nicht so wie ich
will..
um genau zu sein verstärkt er jetzt gerade zwar mit Faktor 1000 - aber
nur wenn den mittleren Widerstand (R1) um faktor 2 verkleinere, also
statt 2k 1kOhm nehbe UND wenn ich das Vrms (anstatt Vpp) beider Signale
messe (letzteres dürfte wohl am rauschen des kleinen Eingangssignals
liegen)...
Eine Verstärkung von 1000 ist schon viel. Da bekommt man bald Probleme
mit den Offsets der OPVs. Probier doch erst mal die Schaltung stabiel
mit 100 zum laufen zu bekommen.
Teste doch auch mal nicht so hochohmige Widerstände. Bei einem Megaohm
könnten die Ströme an den OPV-Eingängen das ganze schon beeinflussen.
Tom B. schrieb:> Teste doch auch mal nicht so hochohmige Widerstände. Bei einem Megaohm> könnten die Ströme an den OPV-Eingängen das ganze schon beeinflussen.
jo eben gemacht, statt 1Meg 100k und statt 2k 220 genommen. das selbe in
grün ... -.-
Noch eine Erkenntnis, die ich nicht verstehe: DIe Schaltung zeigt ein
hochpassverhalten - die Verstärkung von 1000 (die ich in jedem fall und
bei jeder frequenz nur erreiche, wenn ich R1 halbiere) bekomme ich nur
bei einem eingangssignal von ca. 100Hz (und mehr, allerdings wird das
signal bei 1k schon wieder gedämpft).
Bei einem Signal unter 10Hz (wie ich es ja brauche weil das ganze ein
EKG verstärkeraufbau werden soll) habe ich bei gleichem Aufbau nur noch
eine Verstärkung von 25.
Im Aufbau sind keine Filter eingebaut! die einzigen kondensatoren
befinden sich an der symmetrischen spannungsversorgung und das verhalten
ändert sich nicht, wenn ich auch diese herausnehme.,..
Hallo exxeqtor,
wenn ich mir das stark verrauschte Signal aus newfile0 anschaue und das
Rauschen mal abziehe, komme ich auf ein Peak2Peak von weniger als 1/2
Div. Das können also gut 2 mV sein, was dann gut zu den 1 V P2P einem
Ausgang passt. Erst die Differenz ist mal 1000.
Gruß
Rigol baut m.W. keine Oszis mit potentialgetrennten Eingängen. Somit
sind die beiden Masseklemmen geerdet und miteinander verbunden. Da du
sie an verschiedenen Punkten in der Schaltung anschließt, schließt du
diese beiden Punkte damit kurz.
Da die Masseleitung des Soundkartenausgangs vermutlich ebenfalls geerdet
ist, ist auch sie mit den Masseklemmen des Oszis verbunden. Du musst
also alle drei Masseklemmen am gleichen Punkt in der Schaltung anschlie-
ßen, sonst gibt es Kurzschlüsse.
Bei dem Differenzverstärker musst du darauf achten, dass an den Eingän-
gen nicht nur die Differenz-, sondern auch die Gleichtaktspannung so
klein ist, dass bei der hohen Verstärkung keiner der beiden Opamps in
den Anschlag läuft.
Soll die Soundkarte die beim EKG am Körper abgegriffenen Signale simu-
lieren? Ein echtes Differenzsignal liefert sie ja nicht, weil eine der
Ausgangsleitungen fest auf Masse liegt. Du solltest aber trotzdem ein
vernünftiges Ausgangssignal am Instrumentenverstärker bekommen, wenn du
Anschluss 5 im Foto als Massepunkt definierst, alle drei Masseklemmen
und zusätzlich die virtuelle Masse dort anschließt. Damit kannst du
schon einmal jede der beiden Ausgangsspannungen für sich messen. Um die
Differenzausgangsspannung zu messen, schließt du an jeden Ausgang einen
der Oszitastköpfe an und stellst das Oszi so ein, dass es automatisch
die Differenz der beiden Kanäle bildet.
hallo joachim,
danke das mit dem Rauschen ist ein Argument, das mir vorhin auch
schlüssig schien- und es erklärt warum die vrms-messungen schon
wesentlich befriedigender sind!
Joachim schrieb:> Erst die Differenz ist mal 1000.
ich habe hinter die impedanzwandlerstufe jetzt auch die
differenzverstärkerstufe (ohne verstärkung) geschaltet und messe dort
genau eine verstärkung von 500. leider. also immernoch der böse Faktor
2. Mit einem 1k Ohm widerstand stimmt die verstärkung dann. ABER eben
(s.o.) nur bei ca. 100 Hz.
Ich versteh noch nich wieso das ganze frequenzabhängig verstärkt, das
dürfte ja wohl so nicht sein!?
Du hast eventuell ein Problem mit der Masse, wenn du sie Masse der
Soundkarte an In1 oder In2 anschliesst, musst du dort auch die Massen
der Osziloskope anschliessen, und nicht an VGND.
Versuch mal das Eingangssignal und auch die Eingangsmase über große
Elkos (5Hz?) einzukoppeln ohne galvanische Verbindung.
Marcus Overhagen schrieb:> Du hast eventuell ein Problem mit der Masse, wenn du sie Masse der> Soundkarte an In1 oder In2 anschliesst, musst du dort auch die Massen> der Osziloskope anschliessen, und nicht an VGND.
könntest du das genauer erklären? ich habe das gefühl dass es irgendwie
den nagel auf den kopf trifft (unter anderem weil ich solche probleme
bisher immer nur bei aufbauten mit symmetrischer versorgung hatte)!
exxeqtor schrieb:> ...> Ich versteh noch nich wieso das ganze frequenzabhängig verstärkt, das> dürfte ja wohl so nicht sein!?
Bread Boards haben zum teil erstaunlich hohe Kapazitäten.
Yalu X. schrieb:> Rigol baut m.W. keine Oszis mit potentialgetrennten Eingängen. Somit> sind die beiden Masseklemmen geerdet und miteinander verbunden. Da du> sie an verschiedenen Punkten in der Schaltung anschließt, schließt du> diese beiden Punkte damit kurz.
hallo Yalu,
irgendwie habe ich deinen post übersehen (weil ich parallel dazu
geschrieben und geposted habe) - danke für deine antwort!
Die probleme sind leider auch bei einem Tektronix oszi aufgetaucht -
weißt du, wie das mit denen steht?
ich kann es gerade nicht testen, ich habe aber an beide eingänge mal ein
gleichtaktsignal angelegt und bei der konfiguration von
Eingangssignal Gleichtakt: 100Hz, A=1,56V
und Eingangssignal Differenziell: 100Hz, A=5mV
eine Gleichtaktunterdrückung von 78 dB bekommen
exxeqtor schrieb:> Die probleme sind leider auch bei einem Tektronix oszi aufgetaucht -> weißt du, wie das mit denen steht?
Auch die allermeisten Tektronix-Oszis haben geerdete und damit unter-
einander verbundene Masseleitungen. Eine Ausnahme bilden die batterie-
betriebenen Modelle. Da bei Batteriebetrieb keine Erdung über den
Schutzleiter des Netzanschlusses möglich ist, sind die Masseleitungen
der einzelnen Kanäle aus Sicherheitsgründen auch untereinander isoliert.
Den dafür getriebenen Aufwand lässt sich der Hersteller gut bezahlen.
Gewöhne dir einfach an, die Masseklemmen des Oszis immer nur an die
(möglicherweise geerdete) Masse der zu prüfenden Schaltung anzuschlie-
ßen, dann ist die Gefahr am geringsten, dass du Mist misst oder gar
etwas kaputt machst. Zu Messung von Spannungsdifferenzen nimmst du am
besten zwei Kanäle und die Differenzfunktion des Oszis.
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