Hallo,
ich habe eine Frage zum Common-mode rejection ratio (CMRR) bei einem
Instrumentenverstärker.
Wenn ein Instrumentenverstärker (IV) einen hohen CMRR hat, dann ist doch
damit gemeint, dass die Offsetspannung, die an den + und - Potentialen
anliegtm, gut unterdrückt wird. Ein Instrumentenverstärker sollte ja nur
die Differenz zwischen den Potentialen verstärken und die Offsetspannung
unterdrücken.
Wie kann ich den CMRR über die Frequenz nun verstehen.
Ist es so, dass der CMRR über einen möglichst großen Frequenzbereich
groß sein sollte, um die harmonischen Vielfachen dieser Offsetspannung,
auf der die Spannungsdifferenz "reitet", zu unterdrücken?
Viele Grüße
Dirk
Dirk schrieb:> Hallo,>> ich habe eine Frage zum Common-mode rejection ratio (CMRR) bei einem> Instrumentenverstärker.>> Wenn ein Instrumentenverstärker (IV) einen hohen CMRR hat, dann ist doch> damit gemeint, dass die Offsetspannung, die an den + und - Potentialen> anliegtm, gut unterdrückt wird. Ein Instrumentenverstärker sollte ja nur> die Differenz zwischen den Potentialen verstärken und die Offsetspannung> unterdrücken.
Korrekt.
> Wie kann ich den CMRR über die Frequenz nun verstehen.>> Ist es so, dass der CMRR über einen möglichst großen Frequenzbereich> groß sein sollte, um die harmonischen Vielfachen dieser Offsetspannung,> auf der die Spannungsdifferenz "reitet", zu unterdrücken?
Die Fragestellung nach "... sein sollte, ..." ist grundlegend falsch.
Alles ist lediglich endlich schnell und nur die Aufgabe, die es zu
erfüllen gilt, kann die Kriterien bestimmen, nach denen man einen
Instrumentenverstärker auswählt.
Ideal wäre natürlich ein unendlich hoher CMRR-Wert, der sich auch nicht
mit (steigen)der Frequenz ändert bzw. verschlechtert. Aber ideale
Bauteile gibt es nicht!
Frage mich gerade, ob ein Instrumentenverstärker überhaupt das richtige
ist. Es geht darum die Brückenspannung einer Wheatstonebrücke zu messen.
Mit der Brückenschaltung möchte ich die Hysteresekennlinie des
Eisenkerns einer Spule auf einem Osziloskop darstellen.
Hierzu möchte ich die Spule als einen der vier Widerstände in die Brücke
integrieren. Zunächst gleiche ich die Brücke unter Gleichstrom ab,
sodass die Brückenspannung Null ist. Dann lege ich eine Wechselspannung
an, aufgrund der Induktionsspannung wird die Brücke verstimmt und es
gibt eine Brückenspannung, die ich messen möchte (1-10mV).
Das ganze soll bis zu einer Frequenz von 500kHz funktionieren.
Hierbei ist es wichtig, dass die Harmonischen Vielfachen der
Brückenspannung weitestgehend erhalten bleiben, damit die Hysterese
messbar ist.
Ist es richtig, dass die Verstärkung (GAIN-Parameter) bei einem
Instrumentenverstärker schon relativ früh heruntergeht (Beim AD623 bei
G=100 ab f=10kHz) und die harmonischen Vielfachen damit gedämpft werden?
Wäre es sinnvoller hierzu einen OPV zu verwenden?
Dirk schrieb:> Wäre es sinnvoller hierzu einen OPV zu verwenden?
Das kannste vergessen. Ein diskreter Aufbau ist deutlich schlechter.
Sieh Dir den AD620 an. Der bietet 120kHz bei G = 100 und 800kHz bei G =
10.
Du müßtest abwägen, ob Du anschließend eine weitere Verstärkung
vornimmst, um einen brauchbaren Pegel zu erhalten.
Meinst du also, dass es sinnvoll ist, hier einen Instrumentenverstärker
zu verwenden?
Die beiden wesentlichen Punkte sind, dass
1. ich die harmonischen Vielfachen weitergehende erhalten möchte und
2. die Brückenspannung sehr gering ist (1-10mV)
Du kannst genausogut eine OPV verwenden, sofern Du die
Brückenspeisespannung potentialfrei zuführen kannst.
sofern du also noch frei bist bei dieser Auswahl,
funktioniert für V=100 auch ein "schlichter" OPV OP37 sehr gut.
Hi, Dirk,
> Die beiden wesentlichen Punkte sind, dass> 1. ich die harmonischen Vielfachen weitergehende erhalten möchte und> 2. die Brückenspannung sehr gering ist (1-10mV)
Wenn ich recht verstanden habe, steuerst Du die Brücke mit
Wechselspannung an.
Dann ist der HF-Trafo (oder Balun) das wohl beste Mittel zur Trennung.
Ciao
Wolfgang Horn
>Ist es richtig, dass die Verstärkung (GAIN-Parameter) bei einem>Instrumentenverstärker schon relativ früh heruntergeht (Beim AD623 bei>G=100 ab f=10kHz) und die harmonischen Vielfachen damit gedämpft werden?
Die mögen zwar allgemein langsamer sein als einfache OPV's, aber die
Werte des AD623 bedeuten ja nicht, daß es nicht auch schnellere gibt.
Aber bei den anvisierten 500kHz wird es auch bei denen eng werden, bzw.
sehr schlecht.
>Wäre es sinnvoller hierzu einen OPV zu verwenden?
U.U. ja, wenn Du mit der grundsätzlich deutlich niedrigeren CMRR im
unteren Frequenzbereich klarkommst, was aber bei höheren Frequenzen
schon deutlich besser ausfallen kann als bei Instrumentenverstärkern.
Um bei 500kHz ncoh etliche 10dB CMRR zu haben, braucht man aber wohl OPV
im dreistlligen GBW-Bereich. Z.B. THS4211/THS4215 bleiben mit dem CMRR
rel. konstant über 50dB bis über 1MHz, sind aber eben 1GHz-Bausteine
(kritisch im Leiterplattenlayout).
@m.n. (Gast)
>Dirk schrieb:>> Wäre es sinnvoller hierzu einen OPV zu verwenden?>Das kannste vergessen. Ein diskreter Aufbau ist deutlich schlechter.>Sieh Dir den AD620 an. Der bietet 120kHz bei G = 100 und 800kHz bei G =>10.
Ja, und schon eine miese CMRR bei solchen Frequenzen.
Allerdings stellt sich mir gerade die Frage, ob wir überhaupt
Gleichtaktsignale in diesen Frequenzbereichen haben. Wenn nicht, ist die
CMRR eher egal.
Jens G. schrieb:> Allerdings stellt sich mir gerade die Frage, ob wir überhaupt>> Gleichtaktsignale in diesen Frequenzbereichen haben. Wenn nicht, ist die>> CMRR eher egal.
Das Gleichtaktsignal ist nur der Sinus mit seiner Grundfrequenz, durch
den die Brücke angeregt wird.
Somit ist nur eine Gleichtaktunterdrückung im Frequenzbereich bis 500
kHz notwendig.
Dirk schrieb:> Meinst du also, dass es sinnvoll ist, hier einen Instrumentenverstärker> zu verwenden?
Für mich ja, aber abstrakt kann man das nicht diskutieren.
Welche Frequenz hat denn Dein Grundschwingung?
Bei den genannten 500kHz handelt es sich ja wohl um Oberwellen mit
deutlich geringerer Amplitude. Falls die Gleichtaktunterdrückung in dem
Bereich nicht mehr ausreichend sein sollte, könnte man versuchen, die
Gleichtaktfehler extern zu kompensieren bzw. herauszurechnen.
Ohne konkreten Aufbau wirst Du keine Lösung finden. Die Datenblätter
diskreter OPV geben nur Werte an, die nicht überschritten werden können.
Ob Du sie auch erreichen kannst, bleibt offen.
Ich würde das jetzt gerne erstmal simulieren.
Tendenziell möchte ich den Aufbau aber so einfach wie möglich halten,
ohne Balun, nur mit Instrumentenverstärker.
Würde mit der Frequenz, zur Anregung der Brücke auch auf 1kHz
runtergehen. Die harmonischen Vielfachen bei 1, 3, bis 9 kHz müssten
dann auch ohne weiteres mit verstärkt werden.
Und die Gleichtaktunterdrückung beim Grundton 1kHz müsste auch passen.
Melde mich wieder wenn ich das simuliert habe..
Danke bis jetzt!
Hallo,
simuliere die Hysteresewirkung des Eisenkerns mit PSpice und den
Instrumentenverstärker mit LTSpice. (In LTSpice lassen sich die
ferromagnetischen Eigenschaften des Kerns nicht simulieren und für
PSpice finde ich kein Modell für den Instrumentenverstärker (AD8221) ..
)
Erstmal möchte ich mich mit dem AD8221 anfreunden. Die Spule mit
Eisenkern habe ich als Induktivität von 200nH mit einem parasitären
Widerstand von 2Ohm modelliert. Die Brücke ist so dimensioniert, dass
sie unter Gleichstrom abgeglichen ist. Sie wird aber mit Wechselspannung
betrieben, sodass die induktive Spannung sie verstimmt.
Erstmal der habe ich den AD8221 mit einem Rg von 49,9kOhm versehen, um
eine möglichst geringe Verstärkung von 2 zu erreichen. Im Ergebnisplot
ist die obere Zeile die Spannungsdifferenz an den Brückenklemmen und die
untere Zeile die Spannung an R5 am Ausgang des Instrumentenverstärkers.
Hier beobachte ich im Bode-Diagramm, dass bei 700kHz die Verstärkung
abnimmt und es eine Phasendrehung gibt. Ist dies das reale Verhalten
eines Intrumentenverstärkers?
Dann habe ich einen Rg von 100 Ohm eingesetzt für eine hohe V von 500.
Da gibt es neben der Spitze bei 700 KHz zusätzlich bei etwa 30kHz eine
Reduzierung der Verstärkung. Wie kommt das zustande?
Viele Grüße
Dirk
> In LTSpice lassen sich die ferromagnetischen Eigenschaften des Kerns nicht
simulieren
LTspice hat ein Modell für Hysterese und das funktioniert. Siehe
Help-Seiten über Spulen (L).
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There other non-linear inductor available in LTspice is a hysteretic
core model based on a model first proposed in by John Chan et la. in
IEEE Transactions On Computer-Aided Design, Vol. 10. No. 4, April 1991
but extended with the methods in United States Patent 7,502,723. This
model defines the hysteresis loop with only three parameters:
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Ja, habe es funktioniert mit dem hystertic core model. Ich muss mich
aber erstmal nur mit dem Instrumentenverstärker auseinander setzen.
Entsprechen die Simulationergebnisse eigentlich dem wirklichem Verhalten
(bei V=2 reduziert sich die Verstärkung ab 700kHz und bei V=500 auch bei
700kHz aber zusätzlich bei 30kHz ein wenig)?
