OP LM358N Integratorschaltung -> Spannungsdrift

[Norbert (Gast)]

Hallo Zusammen,

ich habe mit einem Schalter und einem Operationsverstärker LM358N und 
einem 4,7 µF Kunststoff-Folienkondensator eine invertierende 
Integratorschaltung aufgebaut.

Die klappt auch soweit gut, das Integrationsverhalten passt, allerdings 
habe ich Probleme mit der Spannungsstabilität.

Zunächst lade ich den Kondensator über eine negative Eingangsspannung 
und kann so am Ausgang Spannungen zwischen GND und V+ erreichen.
Danach lege ich den negativen Eingang an GND  (die Kondensatorspannung 
sollte also theoretisch konstant bleiben).

Stattdessen scheint sich der Kondensator langsam erst zu entladen und 
dann weiter sogar negativ zu laden.

Meine Ausgangsspannung driftet ziemlich konstant mit 0,2V/Minute vom 
Eingestellten Wert auf V-.

Wenn ich den Kondensator kurzschließe / entlade lande ich mit der 
Ausgangsspannung wieder bei GND.

Ich habe zwei (Hand-)Skizzen angehängt, welche den Aufbau und das 
Zeitverhalten veranschaulichen.

Da ich kein Mann des Fachs bin, kann ich dieses Verhalten nicht 
nachvollziehen bzw. gegensteuern. Meines Erachtens müsste es mit dem 
Operationsverstärker zusammenhängen.

Vielleicht kann mir jemand weiterhelfen, wie ich diesen Spannungsdrift 
beheben kann bzw. was ich ändern muss? (Anderer OP?) Eine wesentlich 
kleinere Änderungsrate (größerer Kondensator?) würde mir auch 
weiterhelfen.

Vielen Dank im Vorraus, Norbert

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Was du hier siehst ist der Eingangsruhestrom (Input Bias Current) des
Opamps.

Ganz beseitigen kannst du den Effekt nicht, weil ja auch der Kondensator
eine Selbstentladung hat. Du kannst aber zumindest einen Opamp nehmen,
dessen Bias-Strom extrem klein ist, bspw. einen TLC272, der zum LM358
pinkompatibel ist und auch sonst ganz ähnliche Parameter hat.

[Ulrich (Gast)]

Der LM358 ist nicht besonders gut für einen Integrator geeignet. Da ist 
einfach der Bias Strom zu groß, und auch die Offsetspannung kann stören.
Eine Drift von 0,2 V je Minute bei 4,7 µF entspricht einem Strom von 
rund 16 nA - das ist sogar noch wenig für den LM358 (typisch 40 nA).

Für einen Integrator sollte man schon eine OP mit FET Eingängen nutzen. 
Je nach Versorgungsspannung etwa einen TLC272 (bis etwa 12 V), LF412 
oder ähnliches. Da sind die Biasströme rund 10000 mal kleiner, und meist 
ist der Offset die begrenzende Größe.

p.s. die Bilder sind reichlich groß - so etwa 100 KBytes hätten es auch 
getan.

[MaWin (Gast)]

Norbert schrieb:
> kann ich dieses Verhalten nicht
> nachvollziehen

Der LM358 ist der allerbilligste OpAMp den es gibt.
Er hat weder besonders hochohmige Eingänge noch einen besonders genauen 
Offset.
Klar bleibt dessen Integrationskondenstaor bei 0V nicht stehen, er 
summiert weiter lustig den Eingangsoffset (bis 7mV) und den 
Eingangsstrom (bis 250nA) auf.

In deinem Fall mit 1MOhm also 0.000000257A die 4.7uF um 5.5mV/s und 
demnach 3.2V/Min umladen könnten. Da liegst du mit deinem 0.2V noch 
deutlich drinter, dein OpAmp ist also nicht so schlecht wie das 
Datenblatt erlauben könnte.

Du wirst schon eeinen deutlich bessren OpAmp brauchen, wenn du stabiler 
sein möchtest. Vielleicht solltest du mla OpAmp Datenblätter lesen. 
LMC6462.

[gnd3 (Gast)]

bis du einen besseren OP hast, könnten ein Poti, ein Widerstand (und 
etwas Geduld beim einstellen) helfen.

[nochwas (Gast)]

Da kommen die Speise Spannungen und die Temperatur Driften voll rein. 
Besser einen besseren OpAmp verwenden. So teuer sind die nicht.

[Wilhelm F. (Gast)]

Selbst Uralt-OPs wie der CA3130 oder TL061 mit FET-Eingängen können für 
solche Zwecke noch gut sein, und haben zumindest auch eine Möglichkeit 
zum Anschluß eines Potis, wo man manuell den Offset korrigieren kann.

Einen TL062, das sind zwei TL061 in einem Gehäuse, habe ich hier an 
einer hoch empfindlichen Eingangsschaltung mit RC-Glied und C im 
Picofaradbereich und R Gigaohm. Das geht, AMV als Blinker. R ist ein 
Holzwiderstand (Streichholz). Je nach Luftfeuchte blinkt das Ding 
schnell oder langsam. Eigentlich nur ein Spielzeug. Mit einem 
Standardeingang würde sich da überhaupt nichts tun.

Mit größeren C und kleineren R kann man die Dinge evtl. noch etwas 
lindern, weil dann die Eingangsimpedanz vernachlässigbarer wird.

[Ulrich (Gast)]

Wenn der Integrator stehen bleiben soll, verbindet an den Eingang nicht 
mit Masse, sondern läßt die Verbindung offen. Damit entfällt der 
Einfluss der Ofsetspannung - und dann lohnt sich ein FET OP auch 
wirklich.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Warum hat eigentlich der Widerstand vor dem nichtinvertierenden Eingang
ausgerechnet 1 kΩ? Wenn du schon einen Widerstand vorgesehen hast,
solltest du auch den richtigen Wert dafür verwenden, nämlich den
gleichen, der auch vor dem invertierenden Eingang liegt (1 MΩ). Damit
kompensierst du den Bias-Strom, und die Ergebnisse sollten ein ganzes
Stück besser werden, ohne dass du dafür Einkaufen gehen musst.

Die schlechten Einflüsse von Offsetstrom und- spannung bleiben aber. Da
hilft nur ein besserer Opamp und/oder ein manueller Abgleich.

[Norbert (Gast)]

Vielen Dank für die freundliche Hilfe,

die Änderung in 1MOhm vor dem nichtinvertierenden Eingang hat das ganze 
Problem reduziert, habe mich trotzdem nach einem OP mit niedrigerem Bias 
Strom umgesehen und konnte das Ganze Problem so hinreichend korrigieren.

Danke schön.