Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LTSpice Instrumentenverstärker


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von Dirk (Gast)


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Hallo,

ich bin dabei eine Verstärkerschaltung zu simulieren und stoße auf ein 
Problem. In der Grafig InAmp1 ist der Schaltplan zu sehen.

Ich möchte die Brückenspannung einer Wheatstonebrücke verstärken. Die 
Brücke ist als abgeglichen anzunehmen, die Brückenspannung sollte 
theoretisch 0 Volt betragen.

Verwende als erste Stufe einen Instrumentenverstärker (AD8221) mit der 
Verstärkung von 10. Den möcjte ich primär für die 
Gleichtaktunterdrückung verwenden. Als zweite Stufe folgt dann ein 
nichtinvertierender Verstärker(ad797).

Nun taucht das erste Problem bereits beim Abgleich der Brücke auf. Den 
parasitären Widerstand der Induktivität habe ich auf 2 Ohm gesetzt. Die 
Brückenspannung sollte dann null sein. Im Simulationergebnis in der 
Zeile V(n004)-V(n010) ist zu sehen, dass die Spannung aber nicht Null 
Volt beträgt, sondern etwa 150nV. Kann jmd erklären warum das hier nicht 
genau 0V sind?

Zweitens das Ausgangssignal des Inamps V(n006): Warum ist das bei einer 
Verstärkung von 10 dann so groß? Die Gleichtaktunterdrückung ist doch 
sehr hoch bei einem Inamp.
Und das Ausgangssignal ist um den Faktor 2250 großer, als die 
Brückenspannung.

Woher kann dieser Offset herkommen?

Viele Grüße

von Achim S. (Gast)


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Dirk schrieb:
> Im Simulationergebnis in der
> Zeile V(n004)-V(n010) ist zu sehen, dass die Spannung aber nicht Null
> Volt beträgt, sondern etwa 150nV. Kann jmd erklären warum das hier nicht
> genau 0V sind?

Das Simulationprogramm bestimmt die Spannung numerisch, nicht 
analytisch. Sobald der Fehler klein genug geworden ist, hört es auf zu 
rechnen. 160 nV und 0 V sind für LTSpice sozusagen gleich gut.

Dirk schrieb:
> Zweitens das Ausgangssignal des Inamps V(n006): Warum ist das bei einer
> Verstärkung von 10 dann so groß?

Ich denke, du hast eine sehr viel höhere Verstärkung eingestellt als 10. 
Das 5,49e3 wird nicht als 5k49 sondern als 5 Ohm erkannt, weil du das 
falsche Dezimalkomma benutzt hast.

von Alex (Gast)


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in LTspice kannst du K, M, n, p benutzen! z.B. 5n (5nF)
wie soll die Brücke null sein, wenn du im einen Zweig 2R und in der 
anderen eine Induktivität hast? Hast du bei der den Serienwiderstand auf 
2R eingestellt?
PS: Bei einem Instrumentenverstärker ist die Gleichtaktunterdrückung 
höher, wenn höhere Verstärkung eingestellt ist.

von Dirk (Gast)


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Alex schrieb:
> Hast du bei der den Serienwiderstand auf
>
> 2R eingestellt?

Ja, auf 2Ohm.

Achim S. schrieb:
> Ich denke, du hast eine sehr viel höhere Verstärkung eingestellt als 10.
>
> Das 5,49e3 wird nicht als 5k49 sondern als 5 Ohm erkannt, weil du das
>
> falsche Dezimalkomma benutzt hast.

Leider nein, er hat das Komma zwar falsch interpretiert, aber das 
Ausgangssignal des InAmps kann ich mir immer noch nicht erklären.

Was verstärkt er hier?

von Dirk (Gast)


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Ich habe gerade mal im Datenblatt geschaut. Es gibt ja deen sog. RTI und 
RTO Fehler. Sie berechnen sich aus

Total RTI=input error + output error / Gain (= 90uV beim AD8221)
Total RTO=input error*Gain + output error (= 900uV)

Die 700uV am Ausgang des inamps befinden sich ja im Bereich des 
RTO-Fehlers. Kann es sein, dass der simulierte Spannungswert so zu 
erklären ist? Dass dieser Fehler im Simulationsmodell also 
mitberücksichtigt wird?

von Stilz (Gast)


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Was soll so eine Simulation denn bringen ? Bevor man etwas simuliert 
sollte man eine gute Ahnung haben, was denn rauskommt, sonst sollte 
man's seinlassen...

von Dirk (Gast)


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Etwas konstruktiver wäre könnst du dich schon äußern.

Geht jetzt darum, dass ich mir den Offset am Ausgang des InAmps nicht 
erklären kann. Könnte es denn sein, dass dieser RTO Fehler im 
Simulationsmodell das inamps berücksichtigt wurde und die Spannung daher 
kommt?

von Achim S. (Gast)


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Dirk schrieb:
> Die 700uV am Ausgang des inamps


ich tippe mal, du siehst den Eingangsoffset (70µV) verstärkt mit Gain 
10.

Aber ein Stück weit kann ich die Frage von Stilz verstehen. Was willst 
du eigentlich mit der Simulation erreichen?

Wenn du die Eigenschaften und Limitierungen von LTSpice und von den 
Modellen ergründen willst, dann starte nicht mit einer "komplexen" 
Schaltung, sondern z.B. nur mit einem AD8221 und zwei Spannungsquellen 
an den Eingängen. Dann kannst du alle Effekte und Abhängigkeiten gezielt 
untersuchen. Außerdem ist es in dem Fall auch nicht verboten, das 
Model-File mit einem Texteditor anzuschauen.

Wenn es dir darum geht, das realistisch beobachtbare Verhalten deiner 
Gesamtschaltung zu simulieren, dann arbeite mit Signalgrößen, die über 
dem Rauschen deiner Bauteile und über ihren Fehlergrenzen liegen. Dann 
siehst du auch vernünftige Ergebnisse. Beiß dich nicht an 150nV-Effekten 
fest, das "exakte" Verhalten einer realen Schaltung kannst du ohnehin 
nicht simulieren.

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