Hallo, ich möchte über den ADC eines Mikrocontrollers, Typ STMF103 (3,3V), Spannungen im Bereich von 0-10V einlesen. Die die Signalquelle ist mit einem - Load Resistance - von 2MOhm angegeben. Also habe ich einen Spannungsfolger (OP177) und einen Spannungsteiler (5k6 und 2k7) vor den Eingang des µC gesetzt. An den Eingang des OPV habe ich zusätzlich einen 1MOhm Widerstand gegen Masse geschaltet. So weit so gut, ich kann eine Spannung einlesen und am PC ausgeben. Problem: Ich lasse mir die Spannung über den PC anzeigen. Erst erahnung, der Wert ist leicht zu hoch. Gehe ich jetzt mit einem Multimeter an den Ausgang des OPV, singt die Spannung um einige mV. (5-10mV) Da ich die Spannung weiterverarbeite entsteht ein größerer Fehler. Eine Idee die ich bisher noch nicht umsetzen konnte. -> Einen weiteren Spannungsfolger nach dem Spannungsteiler. Habt ihr vielleicht einen guten Ansatz? Schöne Grüße, Christopher
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Ich habe mich nochmal hingesetzt, 10µF Tantals in den Sekundärkreis gelötet und mir die Spannungen genauer angesehen. Was mir gestern nicht aufgefallen ist. Am Eingang habe ich z.B. eine Spannung von 0,530V und am Ausgang eine Spannung von 0,550V. Das spricht ja für einen Offset. Die Offsetpins haben beide die selbe Spannungshöhe von 15,35V. Was kann ich Hardwaretechnisch dagegen tun? Habe zwischendurch mal einen 4,6MOhm Widerstand zwischen Ausgang und invertierenden Eingang gelget. Allerdings ohne Erfolg. Softwareseitig möchte ich das Problem am liebsten nur als letzten Schritt angehen. MfG, Chris
>Die die Signalquelle ist mit einem - Load Resistance - von 2MOhm >angegeben. Was heißt das genau? Das man nur Lasten größer 2M anschließen kann?? >An den Eingang des OPV habe ich zusätzlich einen 1MOhm Widerstand gegen >Masse geschaltet. Im Schaltplan ist aber ein 1M Widerstand zu sehen! >Gehe ich jetzt mit einem Multimeter an den Ausgang des OPV, singt die >Spannung um einige mV. (5-10mV) Hast du die zusätzliche Belastung durch das Voltmeter berücksichtigt?
Hi, >Was heißt das genau? Das man nur Lasten größer 2M anschließen kann?? Ja richtig! Es heißt das nur Lasten größer 2MOhm angeschlossen werden dürfen. >Im Schaltplan ist aber ein 1M Widerstand zu sehen! Auch das ist richtig! Ich habe den 1MOhm aus Testzwecken, durch einen 4,7MOhm Widerstand getauscht. Keine Änderung. >Hast du die zusätzliche Belastung durch das Voltmeter berücksichtigt? Der Widerstand des Multimeters sollte hochohmig genug sein um die Schaltung am Ausgang des Spannungsfolgers nicht zu belasten. Korrigiere mich, falls ich mich täusche, denn irgendwo muss der Fehler ja liegen. Interessant ist auch der "Offset", wenn es denn wirklich einer ist. Schätze das Problem liegt irgendwo anders. Laut Datenblatt soll dieser bei +/- 3V liegen. Habe es auch mal mit einem 4,7MOhm Widerstand zwischen Ausgang und invertierenden Eingang probiert. Keine Besserung. Werde später noch eine antiparallele Diode einsetzen und evtl. noch ein paar nF Keramikkondensatoren. Schöne Grüße, Chris
>Laut Datenblatt soll dieser bei +/- 3V liegen.
Gib mal einen Link zu deinem Datenblatt.
Hinsichtlich deiner Anwendung tappe ich nach wie vor völlig im Dunkeln.
Gib doch mal ein paar Details...
>>Laut Datenblatt soll dieser bei +/- 3V liegen. Ich meinte natürlich +/- 3mV. Hier der Link: http://www.analog.com/en/all-operational-amplifiers-op-amps/operational-amplifiers-op-amps/op177/products/product.html Also ich führe eine Strommessung mit einer passiven Stromzange(daher der geringe Ausgangsstrom) durch, die mir 0-10V Ausgangsspannung liefert. Die Ausgangsspannung lege ich auf einen Spannungsfolger, den ich mittels DC/DC Wandler versorge. Über einen Spannungsteiler lege ich das Signal (0 - 3,3V) dann weiter auf meinen Mikrocontroller (12 Bit ADC). Also: 1. Spannung bricht beim Anlegen des Multimeters um einige mV zusammen. 2. Eingangsspannung von 530mV, aber eine Ausgangsspannung von 550mV. Gegenmaßnahmen: -10µF Tantal im Sekundärkreis -4,7MOhm zwischen Ausgang und invertierenden Eingang
> 1. Spannung bricht beim Anlegen des Multimeters um einige mV zusammen. > 2. Eingangsspannung von 530mV, aber eine Ausgangsspannung von 550mV. Ich finde, das sieht sehr nach schwingendem OPV aus. Hast du dessen Betriebsspannung auch dicht an den Pins angeblockt?
@ Chris (Gast) >http://www.analog.com/en/all-operational-amplifier... >Also ich führe eine Strommessung mit einer passiven Stromzange(daher der >geringe Ausgangsstrom) Kaum. 2M an 10V sind lächerliche 5uA. SOOO schwach kann die nicht sein. >Die Ausgangsspannung lege ich auf einen Spannungsfolger, den ich mittels >DC/DC Wandler versorge. Naja, der ist sicher nicht die beste Quelle für den OP, da wird einiges an HF-Ripple drauf sein. >Über einen Spannungsteiler lege ich das Signal (0 - 3,3V) dann weiter >auf meinen Mikrocontroller (12 Bit ADC). Kann man machen, ist aber dennoch suboptimal. Denn damit sieht der ADC einen relativ hochohmigen Spannungsteiler als Quelle. Besser ist es, den Spannungsteiler an den Eingang zu legen und den OPV direkt an den ADC anzuschließen. Damit hat man eine schön niederohmige Quelle für den ADC. >1. Spannung bricht beim Anlegen des Multimeters um einige mV zusammen. Hmm. kann Störeinkopplung sein. >2. Eingangsspannung von 530mV, aber eine Ausgangsspannung von 550mV. Welcher Eingang und Ausgang? >-10µF Tantal im Sekundärkreis Welcher Sekundärkreis? Der Spannungsteiler? >-4,7MOhm zwischen Ausgang und invertierenden Eingang Ist hier sinnlos bis kontraproduktiv. Das macht man nur, wenn der OP aus einer definierten Impedanz gespeist wird, um die Biasströme zu kompensieren. Der OP wird direkt von der Quelle gespeist, die geschätzt vielleich 1kOhm Ausgangswiderstand hat. Bei max. 2nA Biasstrom kommen bei 4M7 schon bis zu 10mV zusammen!
Mein Vorschlag: Verpass deinem OPV-Eingang mal einen Teiler aus zwei 2,2M Widerständen und verpass dem Mittenabgriff mindesten 4,7nF. Vom Mittenabgriff gehst du dann mit 4,7k an den OPV-Eingang. Jetzt ist erstmal auf 0-5V runtergeteilt. Dahinter nimmst du einen niederohmigeren Spannungsteiler hinter dem OPV, der mit einem korrektur-Trimmer versehen ist. Z.B. 1k+2k-trimmer+2k. Damit korrigierst du die Verstärkung hinter dem OPV. Auch hier über den Trimmer und den 2k einen 10nF oder mehr. Für den Offset-Abgleich, der unbedingt notwendig ist, gibt es auf Seite 4 des OP177 Datenblattes eine Beispielbeschaltung: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP177.pdf
René B. schrieb: > Mein Vorschlag: > ... Der TO hat ein grundlegendes Problem mit dem OP177. Zur Verschlechterung der Genauigkeit einen zweiten Spannungsteiler einzufügen und an den Anderen einen Trimmer anzubauen, hilft hier nix. Leider hat der TO nicht seinen tatsächlichen Aufbau beschrieben und so ist es schwierig, das Problem zu erraten. Auffallend ist zunächst das Fehlen der Abblock-Kondensatoren am OPV. > Für den Offset-Abgleich, der unbedingt notwendig ist, gibt es auf Seite > 4 des OP177 Datenblattes eine Beispielbeschaltung: Die Offsetspannung ist typ. 20µV! Da bringt der Offsetabgleich kaum noch was.
>Also ich führe eine Strommessung mit einer passiven Stromzange(daher der >geringe Ausgangsstrom) durch, die mir 0-10V Ausgangsspannung liefert. Hast du auch einen Link zur Stromzange?
> Was mir gestern nicht aufgefallen ist. Am Eingang habe ich z.B. eine > Spannung von 0,530V und am Ausgang eine Spannung von 0,550V. Was hast Du bei anderer Eingangsspannung? Nur mal um festzustellen, ob es sich um eine Offsetspannung handelt oder nicht! > Gehe ich jetzt mit einem Multimeter an den Ausgang des OPV, singt die > Spannung um einige mV. (5-10mV) Wenn Du am Ausgang des OP misst oder am Ausgang des Spannungsteilers? Gruss Michael
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Hi, zunächst mal vielen Dank für eure Tipps. @Arnor >Ich finde, das sieht sehr nach schwingendem OPV aus. Hast du dessen >Betriebsspannung auch dicht an den Pins angeblockt? Ich verstehe unter angeblockt die Verbindungslänge zwischen DC/DC Wandler und OPV. Ist das richtig? Habe das Layout in den Anhang gelegt. @Falk Brunner >Kaum. 2M an 10V sind lächerliche 5uA. SOOO schwach kann die nicht sein. http://www.lem.com/docs/products/at_b10_e.pdf >Welcher Eingang und Ausgang? Pin 3 und 6 vom OP177 >>Welcher Sekundärkreis? Der Spannungsteiler? Habe die die direkt an den +/- 15V Ausgang des DC/DC Wandlers gelegt. Also +15V an GND und -15V an GND jeweils einen 10µF. @"nicht" Gast >Leider hat der TO nicht seinen tatsächlichen Aufbau beschrieben und so >ist es schwierig, das Problem zu erraten. Viel mehr Aufbau als bisher beschrieben habe ich gar nicht. Ich versuchs nochmal! Also im grunde sieht es so aus, dass ich im Moment eine Wechselspannungsquelle (strombegrenzt) kurzschließe, und damit den gewünschten Stromfluss erzeuge. Jetzt kommt die Stromzange zum Einsatz. Diese liefert mir 0-10V DC. Die Spannung lege ich auf den OPV, dann kommt der Spannungsteiler und dann der µC. Von diesem gebe ich die Spannung über die Konsole aus. Daher habe ich den direkten Vergleich zwischen der Spannung die anliegt bevor ich das Multimeter anlege. Hier wäre noch das Datenblatt von meinem DC/DC Wandler. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/2653.pdf @Michael >Was hast Du bei anderer Eingangsspannung? Die 20mV unterschied bleiben. >Wenn Du am Ausgang des OP misst oder am Ausgang des Spannungsteilers? Bei beiden Varianten.
> Ich verstehe unter angeblockt die Verbindungslänge zwischen DC/DC > Wandler und OPV. Ist das richtig? b und n liegen direkt nebeneinander auf der Tastatur. Es sollte abgeblockt heißen und bedeutet, dass GANZ DICHT an die Betriebsspannungsanschlüsse des OPV Kondensatoren gehören. Genau die fehlen in deinem Layout. Löte mal an jeden Betriebsspannungsanschluß der OPVs einen keramischen Kondensator von min. 100nF nach Masse und am besten noch einen kleinen Elko parallel.
> @Michael >>Was hast Du bei anderer Eingangsspannung? > Die 20mV unterschied bleiben. Also Offset abgleichen (Datenblatt S4, Siehe Post fon René) Oszilloskop dranhaengen und sehen ob was bloedes passiert. Gruss Michael
> Also Offset abgleichen
Die maximale Offsetspannung dieses OPV ist 25µV und die Verstärkung ist
1. Auf keinen Fall gibt es hier ein Offsetproblem.
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Ohne Blockkondensatoren und ohne Filtern des Eingangs geht es IMHO nicht. Da stört selbst das Handy in der Hosentasche. Der Einfluss der Prüfspitze deutet für mich auf HF-Einstreuung eventuell in Verbindung mit den bis zu 90mV Ripple auf der Stromversorgung hin.
Der ungefilterte DC-DC-Wandler könnte Probleme machen. Mach mal, wie Arno geschrieben hat, Elkos und 100nF X7R Caps an die Versorgungsspannungsanschlüsse und schalte zusätzlich einen 100R Widerstand in die Versorgungsleitungen, sodaß sich ein tiefpaßfilterndes RC-Glied ergibt, welches den Ripple des DC-DC-Wandlers kräftig verringert. Also Elko könnte man 47µ nehmen.
>Ohne Blockkondensatoren und ohne Filtern des Eingangs geht es IMHO >nicht. Bis auf C4 finde ich deine Idee gut. C4 verkleinert die "Phase Margin" und kann Stabilitätsprobleme machen. C4 würde ich auf jeden Fall weglassen. Bei 4M7 Quellimpedanz könnte man auch einen FET-OPamp nehmen...
Wie Falk schon richtig sagte:
>Bei max. 2nA Biasstrom kommen bei 4M7 schon bis zu 10mV zusammen!
Deshalb Offsetkompensation. Nicht das Offset des OPV sondern das Offset
bedingt durch die Außenbeschaltung. Deshalb hat er ja
Kompensationseingänge die +- 3mV zulassen. Aber das ist wahrscheinlich
immer noch zu wenig.
Dann muss halt wieder eine Kompensation hinterher gemacht werden mit
Subtrahierer und Gain-Korrektur. Oder eben Offset ab in die Software.
@René
Dann darf die der kompensierte OP nur mit einer festen
Eingangsbeschaltung verwendet werden.
@Kai
>C4 verkleinert die "Phase Margin"
Das stimmt im Prinzip. Trotzdem ist diese Beschaltung bei EMV-Problemen
üblich. Wobei hier bei 1-2cm Leiterbahn wahrscheinlich kein HF-Problem
entsteht. Oft werden die beiden Cs (C3, C4) anstatt auf GND auf den
negativen Eingang gelegt, was aber auf die Innenbeschaltung des OPs an
kommt. Meist liegt der Emitter der Eingangstransistoren in Richtung
negativer Versorgung. Bei einer unsauberen Betriebsspannung wie hier ist
dies jedoch nicht zu empfehlen, da über die Cs Störungen auf die
Eingänge gekoppelt werden.
Hallo und nochmal vielen Dank für das große Interesse am Thema. Ich habe die Schaltung nochmal aufgebaut und eure Kritikpunkte beachtet. Mit der Schaltung von Bernd läuft alles super. DANKE!
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