Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche Verstärkerschaltung


von Hans L. (holzwurm56)


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Hallo ,
ich habe mir mit einem ATMEGA8 ein Meß/Schaltmodul gebastelt mit dem man 
2 Analogsignale messen und dann bei einem bestimmten Pegel 2 Relais 
schalten kann .
Die Digitalseite mit dem Atmega funktioniert wenn ich am ADC ein Signal 
anlege erscheint auf dem LCD ein Wert und das Schalten geht auch .
Die Signalverstärkerschaltung funktioniert leider nicht .
Kann mir jemand sagen was falsch ist . Die Schaltung ist aus dem Netz
ev. Urheberrechtsverletzungen sind unbeabsichtigt .
Ein Eingang ist für eine Lambdasonde und ein Eingang für ein 
Thermoelement Typ K . Es muß kein genauer Wert angezeigt werden aber die 
Umschaltung sollte immer beim gleichen Wert erfolgen .
Wenn das der falsche OP ist , kann mir jemand eine Alternative die es 
bei Rechelt gibt nennen ?

Vielen Dank für jede Antwort

MfG
Hans

von Ulrich (Gast)


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Der LM358 ist nicht gut geeignet - zumindest nicht für die Gezeigte 
Schaltung. Dafür hat der einfach zu viel Offset: Mit etwas Glück kommt 
da noch das raus, aber wenn man Pech hat mit dem Offset, ggf. auch erst 
ab 150 C.

An sich reicht für die Verstärkung 1 OP. Der 1. OP als Impedanzwandler 
vor der eigentlichen Verstärkung ist überflüssig. Je nach Messbereich 
und möglichem Offset des OPs braucht man aber einen extra Offset - 
wenigstens so viel um den Offsetfehler des OPs (ca. 5 mV beim LM358) zu 
kompensieren, denn der OP kann bei einfacher Versorgung keine negative 
Spannung ausgeben.
Wie man den Offset realisiert, hängt vom Sensor ab.

Für eine geringe Verstärkung (hohe Temperaturen) ginge dann ggf. auch 
der LM358. Bei eher kleinen Spannungen kann eine besserer OP (z.B. 
AD8551/AD8552, LT1013) den Abgleich beim Offset einsparen.

von Hans L. (holzwurm56)


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Hallo ,
ich habe eben im Datenblatt gelesen das der LM324 eine Supplyvoltage von 
32 Volt brauch . Funktioniert der überhaupt mit 5 Volt ?

MfG

Hans

von Georg G. (df2au)


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Die Schaltung wird eine Lambdasonde relativ schnell ruinieren. Da muss 
man etwas mehr Aufwand treiben.

Der LM324 verträgt vielleicht maximal 32 Volt, er arbeitet aber schon 
bei 5V sehr gut.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Hans Lang schrieb:

Im Prinzip ist die Schaltung richtig.

> Die Signalverstärkerschaltung funktioniert leider nicht .

Was geht nicht?
Welche Spannungen hast Du am Eingang angelegt und was kommt dann am 
Ausgang der ersten und der zweiten Stufe heraus?

Welche Eingangsspannungen willst Du verarbeiten Du und was soll dann 
herauskommen?

Schon mal vorab: Der LM358 geht nur bis 3,5V am Eingang (V+ - 1,5V). Die 
Offsetspannung (Fehlerspannung am Eingang) ist typ. 2mV, max. 7mV.
Für Thermoelemente brauchst Du vermutlich was besseres - das hängt von 
der gewünschten Genauigkeit und dem Temperaturbereich ab.
Das Signal der Lambda-Sonde kenne ich nicht.

> Wenn das der falsche OP ist

Das hängt von Deinen Anforderungen ab. Hier ist schon mal eine Auswahl:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker

Gruß Dietrich

von Hans L. (holzwurm56)


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Hallo ,
bei dem Temperatursensor habe ich eine Spannung von 4 mV bei ca 100 Grad 
gemessen , die Lambdasonde gibt eine Spannung von ca 0,05 - 1 Volt aus , 
könnte der Atmega ev. ohne Verstärker verarbeiten .
Die maximale Ausgangsspannung sollte so sein das der ADC des Atmega was 
damit anfangen kann , ca 2,5 Volt oder 5 Volt .

MfG

Hans

von Dietrich L. (dietrichl)


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Hans Lang schrieb:
> Hallo ,
> bei dem Temperatursensor habe ich eine Spannung von 4 mV bei ca 100 Grad
> gemessen , die Lambdasonde gibt eine Spannung von ca 0,05 - 1 Volt aus ,
> könnte der Atmega ev. ohne Verstärker verarbeiten .

Das ist ja schon mal schön.
Aber Du kommst nicht umhin, Dir zumindest ganz grob Gedanken zu 
machen, wie genau und stabil die Schaltung arbeiten soll, also 
welcher Fehler noch akzeptierbar wäre. Das gilt auch dafür: in welchem 
Temperaturbereich soll das ganze arbeiten? OP-Amp-Daten sind zum Teil 
stark temperaturabhängig.
Auch wenn Du Deine Schaltschwellen eventuell noch individuell abgleichen 
kannst, bei den Fehlern durch Alterung und besonders Temperatur geht das 
nicht.

Gruß Dietrich

von Hans L. (holzwurm56)


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Hallo ,
das ganze muß nicht genau sein , die Schaltschwellen kann ich über 
Taster einstellen .

MfG

Hans

von Dietrich L. (dietrichl)


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Hans Lang schrieb:
> das ganze muß nicht genau sein

Darf also beliebig ungenau sein? Dann lass den Eingang doch einfach weg 
;-))

"Genau" oder "ungenau" sagt doch gar nichts aus. Du kommst (zumindest 
bei mir) nicht darum herum, Dich zu einer Größenordnung durchzuringen, 
z.B. bei wieviel mV am Eingang darf das Relais frühestens schalten und 
bei wieviel spätestens.

Sonst bleibt Dir nur die Möglichkeit, auszuprobieren. Und eine "im 
Prinzip" funktionierende Schaltung hast Du ja. Und nähere Erläuterungen 
zu Deinem "funktioniert leider nicht" hast Du auch noch nicht geliefert.

Gruß Dietrich

von Ulrich (Gast)


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Für das 50mV - 1 V Signal sollte die Schaltung eigentlich funktionieren, 
gibt aber maximal nur etwa 3,x V aus.

Für das Temperatursignal kann es passieren das die Gezeigte Schaltung 
erst ab einer gewissen Spannung (2 mal dem Offset des OPs) funktioniert. 
Das kann mit bis zu 14 mV schon zu viel für ein Thermoelement sein - da 
hängt von der Temperatur ab, die gemessen werden soll. Wenn man so will 
sind das bis zu  300 K Fehler - an sich fällt das noch unter beliebig 
ungenau, aber so war es wohl eher nicht gemeint.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Hans, ich habe da gerade was gefunden: ein Verstärker speziell für 
Thermoelemente Typ K inklusive Kaltstellenkompensation: AD8495
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8494_8495_8496_8497.pdf
Den gibt es auch bei Reichelt, kostet 3,30€.

Damit sollten alle Deine Probleme gelöst sein und genauer als "muß nicht 
genau sein" ist er bestimmt ;-)

Gruß Dietrich

von Holzwurm56 (Gast)


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Hallo ,
vielen Dank an alle die geantwortet haben . Ich bin ein absoluter Laie 
und es ist für mich sehr mühsam so was zu programmieren und eine Platine 
zu bauen bzw. eine Schaltung zu entwerfen , bei meiner Schaltung kommt 
am Ausgang immer ca. 3,68 Volt raus ob in den Eingang was reingeht oder 
nicht .
Kennt jemand eine einfache nachbausichere Schaltung bei der ein 
Eingangssignal von 0 - 20 mV auf ca 0 - 2,5 Volt gewandelt oder 
verstärkt werden kann ? Bitte keine Antworten von Nobelpreisträgern oder 
von denen die es werden wollen , da kann ich auch in einem von meinen 
Büchern lesen , bei denen ich auch nicht durchblicke .

MfG

Hans

von Holzwurm56 (Gast)


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Hallo Dietrich L. ,
dieses IC ist sehr gut , ich kann bei meiner fertigen Platine aber keine 
+ - 18 Volt nachrüsten .

MfG

Hans

von Ulrich (Gast)


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Die Schaltung ist eigentlich ganz einfach: ein nicht invertierender 
Verstärker mit etwa 100 facher Verstärkung (z.B. 100 K, 1K und 10 nF). 
Gegen Störungen ein Kondensator parallel zur Rückkopplung und ggf. ein 
Widerstand (z.B. 470 Ohm) zwischen den OP und den AD-Wandler.

Die Wahl des OPs richtet sich nach den Anforderungen. Der LM358 geht 
worst case halt erst ab etwa 7 mV. Besser wären z.B. ein TLC277, LMC6062 
oder LT1013 oder AD8552 da geht es dann auch mit weniger Spannung.
Wenn es nur um die kleinen Spannungen geht, und die Genauigkeit nicht so 
wichig ist, kann man auch über einen Spannungsteiler etwa 5-10 mV zur 
Eingangsspannung hinzuaddieren - das braucht aber ggf. einen Abgleich je 
nach OP-Exemplar das man erwischt.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Holzwurm56 schrieb:
> Hallo Dietrich L. ,
> dieses IC ist sehr gut , ich kann bei meiner fertigen Platine aber keine
> + - 18 Volt nachrüsten .

Das brauchst Du auch nicht. Auf der ersten Seite des Datenblatts steht:
  Wide power supply range
  Single supply: 2.7 V to 36 V
  Dual supply: ±2.7 V to ±18 V
Das geht also auch mit einer Versorgung von +5V perfekt (single 
supply). Auf der Seite 14 des Datenblatts ist auch die Grundschaltung zu 
finden. So wie es dort aussieht, muss das Thermoelement allerdings 
erdfrei (2-polig, nicht direkt mit GND verbunden) angeschlossen werden 
(was messtechnisch sowieso viel besser ist).

Die Ausgangsspannung ist 5mV je Grad Celsius (bei  Vref=0V), d.h. z.B. 
0V bei 0°C und 500mV bei 100°C.

Gruß Dietrich

PS: Ich habe die Informationen nur aus dem Datenblatt und keine eigene 
Erfahrungen mit den Bauteil! Also alles ohne Garantie ;-)

von Holzwurm56 (Gast)


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Hallo ,
ich habe jetzt mal die erste Verstärkerstufe bzw den Impedanzwandler 
überbrückt und kann jetzt eine Verstärkung bis ca Faktor 5 einstellen , 
das passt auch zu den Widerständen .
Für das Thermoelement würde ich gerne den AD8552 nehmen und bei jeder 
Stufe eine Verstärkung von 10 einstellen , wäre dann ca Faktor 100 
Gesamt . Lt. Datenblatt ist der OP sogar für Thermoelemente gedacht . Da 
meine SMD-Lötfähigkeiten begrenzt sind suche ich einen Pin- und 
Datenkompatiblen in DIP 8 . Kennt jemand so einen ?

MfG

Hans

von Dietrich L. (dietrichl)


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Holzwurm56 schrieb:
> Da meine SMD-Lötfähigkeiten begrenzt sind suche ich einen Pin- und
> Datenkompatiblen in DIP 8

Bei SO-8 ist das doch noch einfach! Im Notfall gibt es auch Adapter 
(z.B. eBay Nr. 180952961067).

Technisch aktuelle ICs gibt es kaum noch in DIP-Gehäusen.

Gruß Dietrich

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