Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Nichtinvertierender Verstärker mit Offset


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von Schlaumy W. (schlaumy)


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Hallo!

Folgende Aufgabenstellung:

Ich habe ein NF-Signal, daß um 0,12mV mit 0,4mVss schwankt.

Dieses Signal möchte ich auf 4,5V mit 7Vss verstärken.
Falls das Signal um 180° invertiert wird, aber den 
Ausgangsspannungsbereich einhält, paßt es trotzdem. Phasenverschiebungen 
sind egal.

Die Schaltung wird mit einer Batterie 9V versorgt und soll mit einer 
unipolaren Versorgung auskommen, wenn möglich. Die Schaltung soll auch 
so einfach wie möglich sein. Vielleicht läßt sie sich mit nur einem OPV 
realisieren? Falls ein Längsregler notwendig ist, dann sei es so.

LG,
Schlaumy

von Mani W. (e-doc)


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Schlaumy Woswasi schrieb:
> Ich habe ein NF-Signal, daß um 0,12mV mit 0,4mVss schwankt.

Woher stammt dieses Signal?


Und was hängt dann am Ausgang?

: Bearbeitet durch User
von Schlaumy (Gast)


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Am Ausgang hängt der hochohmige Eingang eines ADCs. Die Quelle des 
Signals soll möglichst nicht belastet werden, der Eingang der 
OPV-Schaltung soll also ebenfalls hochohmig sein.
Lg, Schlaumy

von lrep (Gast)


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Schlaumy Woswasi schrieb:
> Vielleicht läßt sie sich mit nur einem OPV
> realisieren?

Je nach geforderter Genauigkeit und dem Frequenzbereich sind 85dB 
Verstärkung vielleicht doch schon etwas viel für nur einen Opamp.
Was sind des weiteren die Anforderungen an Drift und Rauschen?

von Schlaumy (Gast)


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Sorry, mir hat sich ein Fehler eingeschlichen: Es sind 0,12V und 0,04Vss 
Signal. Die Versetzung hast nur den Faktor ca. 75. ;)

von Schlaumy (Gast)


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Verstärkung meinte ich seufz

von Schlaumy (Gast)


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Hallo!

Ich bin selbst noch immer nicht draufgekommen - es muß doch eine Lösung 
geben dafür... Hm... vielleicht mit einem Transistor-Vorverstärker? Die 
funktionieren immer auch unipolar. Ich überleg grad, ob ich einen 
Emitterfolger davor schalte - so könnte ich den Pegel auf die 4,5V 
anheben...

LG,
Schlaumy

von karadur (Gast)


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Evtl. so

von karadur (Gast)


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C1 natürlich an OP Pin 5 !!

von Tom A. (toma)


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Hallo Schlaumy,

das ist eine typische Aufgabe für einen Summenverstärker. Hier kannst du 
für jeden Eingang eine eigene Verstärkung wählen.

Für das Bild gilt, die Verstärkung für die Gleichspannung V1 (120mV) V = 
R1 / R3 (100k / 2,7k ~ 37) 37 * 0,12V = 4,44V.

Für die Wechselspannung V2 gilt: V = R1 / R2 (100k / 0,55 ~ 181) 181 * 
0,04V = 7,24V. Der Verstärker arbeitet invertierend, bräuchte also ggf. 
noch eine nachfolgende Umkehrstufe.

Ist allerdings nicht ganz so einfach, da bei 7Vss Ausgang die Versorgung 
mit einer einfachen 9V-Batterie einen recht krummen Bezugspunkt (Masse) 
erfordert. Einfacher wäre es mit zwei Batterien (+-9V) oder einer 
Batterie und Spannungsinverter.

Der linke Schaltungsteil erzeugt, für die Simulation, die krumme Masse.

Ist nur eine Prinzipschaltung, die zeigen soll daß der Summenverstärker 
hier geeignet ist.

Gruß. Tom

von Tom A. (toma)


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Mit Bild kann man sich das besser ansehen :P

von Tom A. (toma)


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Da fällt mir noch etwas ein. Da die Schaltung durch die Batterie 
galvanisch vom A/D-Wandler getrennt ist, braucht sie keine Umkehrstufe - 
einfach anders herum anschließen und es paßt!

Gruß. Tom

von Tom A. (toma)


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Und wenn du die 120mV Gleichspannung umpolen kannst und die 40mV 
wechselspannung über Kondensator zuführst, wird es noch einfacher und 
die Polarität stimmt. Allerdings geht es dann nicht mehr mit LM358, der 
kann nach oben nicht weit genug aussteuern.

Gruß. Tom

von Schlaumy W. (schlaumy)



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karadur schrieb:
> C1 natürlich an OP Pin 5 !!
Die Schaltung arbeitet scheinbar im negativen Bereich, wird aber 
unipolar versorgt. Soll der Pfad JP1-C1 den Eingang für die 
120mV+-20mVss darstellen?
Ich werd sie trotzdem mal durchsimulieren. Danke.


Tom Amann schrieb:
> Und wenn du die 120mV Gleichspannung umpolen kannst und die 40mV
> wechselspannung über Kondensator zuführst
Warum schaltest Du V1 und V2 parallel? Die Spannungen werden ja addiert, 
sie müßten also in Serie liegen. Wie soll dann die Beschaltung der 
Eingänge des invertierenden Verstärkers aussehen?

Ich habe mal folgende Schaltung gefunden - Quelle ist übrigens die 
Spannung, die an einem PT100 durch 4-Draht-Messung abgegriffen wird.

von Tom A. (toma)


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Hallo Schlaumy,

ich dachte du hast zwei Signale, da du die beiden mit unterschiedlichen 
Verstärkungsfaktoren verstärken willst.

0,12V auf 4,5V = 37,5fach
0,04V auf 7V = 175fach

Ist im Grunde aber egal, wenn das Signal als Mischsignal aus einer 
Quelle stammt, wird die Schaltung nicht komplizierter.

Ich hoffe daß ich es jetzt richtig verstanden habe.

Gruß. Tom

von Tom A. (toma)


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Ich glaube ich habe es immer noch nicht verstanden. Ein PT100-Sensor in 
Vierdraht-Beschaltung liefert  ein wechselspannungsüberlagertes 
Gleichspannugngssignal? Wird der Sensor mit Wechselstrom betrieben?

Das wird mir zu hoch, da gehe ich lieber ein Bier trinken.

Prost. Tom

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Hier ist eine DC-gekoppelte Lösung.

Vorteile:

- Sehr hoher Eingangswiderstand

- Keine untere Grenzfrequenz

Nachteile:

- Änderungen des DC-Anteils des Eingangssignals (120 mV) werden um den
  Faktor 175 mitverstärkt

- Es wird eine Referenzspannungsquelle benötigt

Als Opamp geht irgendein Rail-to-Rail-Typ mit passender Bandbreite
(bspw. TL912 oder MCP6002). Anstelle des LT1004 kannst du auch den
billigen TL431 nehmen, wenn die Schaltung nicht supergenau sein muss.

von Schlaumy (Gast)


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Cool =) Kannst Du mir die Schaltung bissi erklären? Ich check die auf 
Anhieb nicht ganz. Es ist ein nicht invertierender Verstärker mit 
Anhebung des Arbeitspunktes. Nur das Zusammenspiel mit der 
2.5V-Zenerdiode verstehe ich nicht. Lg

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Ein gewöhnlicher nichtinvertierender Verstärker würde den DC-Anteil des
Eingangssignals (120 mV) um den Faktor 175 auf 21 V verstärken, was
natürlich viel zu viel ist. Also muss eine konstante Spannung
subtrahiert werden. Dies geschieht dadurch, dass man eine positive
Spannungsreferenz über einen geeigneten Widerstand (R2) an den
invertierenden Eingang des Opamps schaltet. Je höher die
Referenzspannung und je kleiner der Widerstand ist, desto höher ist der
subtrahierte Spannungswert. Man muss allerdings beachten, dass R2 nicht
nur diesen Spannungswert, sondern auch die Verstärkung beeinflusst. Am
besten gibt man einen der Widerstände R2, R3 und R4 vor und stellt dann
ein Gleichungssystem auf, dessen Lösung die beiden anderen Widerstände
sind.

In vielen Fällen kann man als Referenzspannung auch die Versorgungs-
spannung nehmen, wodurch R1 und U1 eingespart werden können. Dies setzt
allerdings voraus, dass die Versorgungsspannung hinreichend konstant
ist. Für die Batteriespannung ist diese Forderung leider nicht erfüllt.

Hier steht noch etwas mehr dazu, und ein paar Formeln gibt es auch:

  https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_mit_Offset

: Bearbeitet durch Moderator
von Schlaumy (Gast)


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Danke mal fürs Erste Euch allen! ?

von Lena (Gast)


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Hallo an Alle hier,

Ich sitze schon paar stunden an dieser Schaltung komme zu keinem 
Ergebnis, da ein zweite ub- und ein parallelwiderstand da ist.
Wie behandel ich das ganze und kann mir jemand es als rechnung 
veranschaulichen?

Lg lena

von Harlekin (Gast)


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