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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Differenzenverstärker mit LM324


Autor: Nico Droste (Gast)
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Hallo, ich habe jetzt einen Differenzenverstärker mit einem LM 324
aufgebaut zwecks (ent-)ladestrommessung für einen Bleiakku.
Ich kann mit diesem Differenzenverstärker die Spannungsdifferenz über
einem Shunt messen. Je nach Stromrichtung wird ein Signal mit -5V..0V
oder 0V..5V ausgegeben. Funktioniert prima!

Das Problem ist jetzt nur, dass ich die Ströme mit einem Atmega128
messen will und der keine negativen Spannungen bekommen darf bzw. damit
auch nichts anfangen kann.
Ich suche jetzt eine lösung, dass meine Schaltung mit immer eine
Spannung zwischen 0..5V ausgibt, unabhängig von der Stromrichtung.
Habt ihr dazu eine gute Idee?

Vielen Dank und Gruß
Nico

Autor: Arno H. (Gast)
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Mit einem OpAmp 5V addieren und die Spannung dann über Spannungsteiler
wieder auf 5V max bringen. 2,5V = 0 Strom.
Arno

Autor: müllo (Gast)
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einfach den OPV mit Betriebsspannung 0..5V betreiben und den einen
Eingang des Differenzverstärkers (siehe Datei- Anhang) mit 2,5V
vorspannen. Die Verstärkungen und die Größe des Shunt (Pv) müsstest Du
bestimmt noch anpassen.

Viel Erfolg...
müllo

Autor: Blackbird (Gast)
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Villeicht hilft Dir das auch weiter:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...
Im Bild 5 soll A4 den virtuellen Nullpunkt mit Offset herstellen. Du
brauchst den Offset nur auf halbe Ub bringen und schon hast Du Ua =
Ub/2 +- Ue*Verstärkung.

Blackbird

Autor: Blackbird (Gast)
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Noch was: die Grenzen der Ue des OV beachten. Am Besten mit einem 7660
eine negative Betriebsspannung für den OV erzeugen und den Shunt in die
Masseleitung legen. Damit kann man dann jeden einfachen 4fach-OV (LM324,
TL074, TL064, LM 3900, ...) nehmen. Die Widerstände z.B. 20kOm 1%, die
halben und doppelten Werte durch Parallel- und Reihenschaltung
erzeugen.

Blackbird

Autor: Nico Droste (Gast)
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hm, schonmal vielen dank für eure beiträge!
@ arono und müllo:
den gedanken hatte ich auch schon, funktioniert sicherlich.
was mich daran nur stört sind 4 punkte:
-die Messgenauigkeit (10 Bit) leidet darunter (nurnoch 9 Bit). d.h. die
werte sind noch halb so genau.
-ich denke, dass die durch einen spannungsteiler erzeugten
2,5V(betriebsspannung 5V) eher ungenau sind. Möglicherweise zeigt mein
MC mir dann an, dass strom fließt, obwohl nichts fließt.
-wenn der geplante messbereich überschritten wird (geplant sind 40A)
würde der Op in der einen Richtung doch wieder ins negative absinken
und den MC zerstören ?? !!
-da es kein Rail-to-Rail OP ist, wird der Messbereich von 2,5V..5V noch
weiter verkleinert, da man mit dem LM 324 glaube ich nicht mit dem
Ausgangssignal an VCC gehen kann.

@Blackbird (2. Beitrag):
ich habe den OP bereits mit +-5V Versorgt (mittels 7760), was meinst du
mit den Shunt in die masseleitung legen und wieso die Widerstände
verdoppeln/halbieren? kann dir da im moment leider nicht folgen...

Vielen dank nochmal!

gruß
Nico

Autor: Nico Droste (Gast)
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ach, was ich suche ist mehr eine schaltung die das Ausgangssignal wieder
auf 0..5V bringt falls es ins negative rutscht...

gruß
nico

Autor: Arno H. (Gast)
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Dann beschaltest Du einen OpAmp als Gleichrichter.
Vorteil: keine negativen Spannungen möglich und volle Genauigkeit.
Nachteil: Du brauchst noch einen Komparator für das Vorzeichen.

Arno

Autor: Nico Droste (Gast)
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@arno wie bekomme ich so eine schaltung hin? habe noch nie einen oamp
als gleichrichter gesehen. wie mache ich das mit dem komperator?

gruß
nico

Autor: Jens (Gast)
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wenn du nicht wissen willst, ob strom rein oder raus geht kannst du auch
einen gleichrichter nehmen ;)
aber dann hast du ebend keine stromrichrung
an sonnsten musst du wie schon gesagt die 0V auf 2,5V setzen und dann
eben die 2,5V dem eingang zuaddieren.

evtl kannst du auch die negative spannung invertiert auf einen 2ten ADC
geben und hast somit (wenn noetig) noch 10Bit als aufloesung
(trennen mittels Dioden)

gruss Jens

Autor: Nico Droste (Gast)
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@jens:
mit einem normalen gleichrichter wird das nicht gehen. mit dioden wird
das auch schwierig, da sie ja immer eine gewisse spannung brauchen, bis
sie sperren (kennlinie).
kann man einen op als gleichrichter benutzen? wie geht das mit dem
komperator? es würde mich schon interessieren, wie rum der strom
fließt...
gruß
nico

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Hier mal ein Auszug für eine Gleichrichterschaltung mit OPV.

MW

Autor: Jens (Gast)
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was ist, wenn du 2OPvs nimmst
einen nicht invertierer und einen invertierer
damit muesste sich doch etwas machen lassen oder??
problem ist dann nur, wie man die negative spannung rausfiltern will
(die sollte nicht auf den ADC kommen) ;)

Gruss Jens

Autor: Jens (Gast)
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ahh eine idee

angenommen, du hast einen positiven strom gibt der invertierer die eine
negative spannung und der nicht invertierer eine positive richtig?
das heisst eine spannung ist positiv..

nun gehst du hin und nimmst dir eine und legst die so auf einen 2ten
OPV, der rausfindet, ob die spannung positiv oder negativ ist (ohne
rueckkopplung) aehnlich einem komperator.
(das selbige fuer die andere seite)

nun kannst du nach den ersten OPVs ueber einen widerstand (ca. 47k) und
einem gatter die negative spannung auf masse ziehen (evtl reicht auch
ein 0815 transistor)

ich hoffe, du hast meine theorie verstanden

Gruss Jens

Autor: Jens (Gast)
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ahhh nu kommen die meinungen wieder mitden 0,6 0,7v rest ;)
okok
mit einem mosfet bekommt man die spannung weiter gegen masse ;)

Autor: Blackbird (Gast)
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Hallo Nico,

"Shunt in die Masseleitung legen ..." macht man, wenn man keinen
Rail-to-Rail-OV, jedoch eine neg. Spannungsversorgung für den OV hat.
Würdest Du den Shunt in eine Versorgungsleitung legen, so muß entweder
der OV ein Rail-to-Rail-Typ sein oder die Versorgungsspannung des OV
größer sein.

"die halben und doppelten Werte ..." beziehen sich auf eine Anpassung
der Differenzverstärker-Verstärkungen, falls notwendig. Wenn jedoch alle
gleich sind (alle R3 im Bild 5), genügt ein Wert.

Mit der Nullpunktverschiebung wird die Genauigkeit halbiert. Was Du
willst, ist ein aktiver Gleichrichter (mit OVs, für niedrige
Frequenzen). Diese Schaltungen haben meistend noch einen
Digitalausgang, der anzeigt, ob die Polarität + oder - ist: also wird
die Genauigkeit 1 Bit höher.

Du könntest als erstes einen Differenzverstärker ohne
Nullpunktverschiebung (der liefert Dir eine auf Masse bezogene
Spannung, die proportional dem fließenden Strom ist), gefolgt von einem
aktiven Gleichrichter (der polt nur die neg. Spannungswerte in positive
um und zeigt das an) verwenden.

Blackbird

Blackbird

Autor: Nico Droste (Gast)
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Hallo Blackbird!

Du könntest als erstes einen Differenzverstärker ohne
Nullpunktverschiebung (der liefert Dir eine auf Masse bezogene
Spannung, die proportional dem fließenden Strom ist), gefolgt von
einem
aktiven Gleichrichter (der polt nur die neg. Spannungswerte in
positive
um und zeigt das an) verwenden.

^^genauso habe ich mir das vorgestellt. den differenzenverstärker, der
mir ein signal welches proportional zu stromstärke ist liefert habe ich
bereits. ich brauche jetzt nurnoch den aktiven gleichrichter. wie baue
ich sowas? aus der oamp.pdf werde ich nicht so richtig schlau. gibt es
dafür fertige schaltungen? welche dioden und widerstände brauche ich,
wenn ich es wie in der oamp.pdf mache?
von den lm324 habe ich noch ne menge!

gruß
nico

Autor: Nico Droste (Gast)
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Autor: Nico Droste (Gast)
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ich meine den ganz rechten! was braucht man dafür für dioden?

gruß
nico

Autor: Nico Droste (Gast)
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ach, da brauche ich nurnoch eine leitung welche mir sagt, in welche
richtung der strom fließt :)

gruß
nico

Autor: Arno H. (Gast)
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Schau mal hier:
http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf#page=17
http://www.national.com/an/AN/AN-20.pdf#page=10
und noch einen Komparator:
http://www.national.com/an/AN/AN-41.pdf#page=3
Ähnliches findest Du bei anderen Herstellern ebenso.
Arno

Autor: Blackbird (Gast)
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"precision full-wave rectifier" ist schon richtig. Am Ausgang des 1.
OVs ist entweder + oder - (je 0,6V) zu messen, je nach Polarität der
Eingangsspannung. Dort noch hochohmig einen OV dran ("Zero crossing
finder" ohne C, statt dessen einen OV als Spannungsfolger) und Du hast
die Anzeige für die Polarität.

Diskrete A/D-Wandler hatten eine ähnliche Schaltungstechnik verwendet.

Blackbird

Autor: Jens (Gast)
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Hallo
so habe mir nun etwas anderes ausgedacht..
IC1a = Differenzier verstärker
IC2a = Invertierer, um die Negative spannung nach oben zu holen
IC3a = eine art komperator, der feststellt, ob eine positive spannung
anliegt oder eine negative

Ist nun eine positive Spannung am eingang wird diese ueber den
Multiplexer direkt auf den ADC gegeben.
(Steuerleitung Ausgang IC2a = 0)

nun ist die spannung negativ (Steuerleitung Ausgang IC2a = 1) schaltet
der Analog Multiplexer auf den 2ten eingang

man muesste nur schauen, ob der Multiplexer negative spannungen am
eingang verkraftet
ich meine da gibt es einen

Gruss Jens

Autor: Nico Droste (Gast)
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@arno, in dem ersten link ist auf seite 19 was interessantes (Absolute
Value Amplifier with Polarity Detector), allerdings weiß ich nicht, ob
das auch mit lm324 funktioniert, denke aber eher nicht.

@blackbird:
leider verstehe ich von deinem beitrag wieder nur die hälfte :/
das was ich verstehe hört sich gut an. ich würde jetzt einfach mal
einen "precision full-wave rectifier" bauen (welche dioden soll ich
nehmen?!) und dann noch so einen zero-crossing-finder ohne kondensator
aber dafür einen spannungsfolger? dann hätte ich mal eben 5OPs pro
shunt, ist geht das nicht einfacher? (sorry wenn das unverschämt ist!)
was sind diskrete A/D wandler?

@jens:
verstehe von deiner schaltung nicht so viel, da ich ja offensichtlich
im umgang mit ops noch nicht so vertraut bin. ist ein multiplexer ein
ic, welcher im prinzip ein "elektronisches relais" ist?

nochmals vielen dank für eure mühe und zeit!

gruß
nico

Autor: Arno H. (Gast)
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Sei doch nicht so pessimistisch. Probieren geht über studieren.
Wenn Du eine symmetrische Spannungsversorgung hast, sollte es
eigentlich funktionieren. Du könntest höchstens Probleme mit der Höhe
der Versorgungsspannungen bekommen. Für den LM324 ist die positive
Betriebsspannung etwas niedrig. Für +5V Ausgang sind 7V Versorgung das
Minimum. So gehts zuverlässig nur bis +3V. Die Offsetfehler kannst Du
vorher ermitteln und rausrechnen oder kompensieren.

Arno

Autor: Nico Droste (Gast)
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@arno, denke eher dass es nicht funktionieren wird (bzw. weiß nicht wie)
da in der schaltung die pins 8 und 1 der beiden OPs verbunden sind und
ich nicht weiß wofür bzw. was an diesen pins anliegt. bei dem lm324
existieren diese pinns nicht...

gruß
nico

Autor: Arno H. (Gast)
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Diese Pins sind zur Frequenzkompensation erforderlich, die der 324
bereits eingebaut hat. Und diese Eingaänge werden hier wohl in einer
üblen Trickschaltung verwendet. Du brauchst sowieso 3 OpAmp, bau den
mit 2 OPs weiter oben auf und den Komparator aus dem dritten Link.
Beim Komparator ist möglicherweise noch ein Pegelwandler erforderlöich,
damit keine negative Ausgangsspannung auftritt.
Arno

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