OPV - Spannung skalieren

[Tim M. (tim90)]

Hallo Forumsgemeinde!,

benötige wieder einmal Eure Hilfe...
Ich möchte eine Analogspannung von einem Shunt mit Hilfe eines OPV 
'skalieren'
Eingang: 0 bis 820mV
Ausgang: 20mV bis 840mV
Offset also +20mV

Habe bereits einige Schaltungen von der Wiki-Seite simuliert...
Leider komme ich da auf keinen grünen Zweig...

Könnt Ihr mir da bitte einen Denkanstoß geben...


Vielen Dank im Voraus für Eure Hilfe!


Gruß
Tim

[Jens G. (jensig)]

Anstoß: Summierschaltung

[Joe F. (easylife)]

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210152.htm

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
nimm einen Instumentverstärker, wie z.B. INA114, AD620 oder andere.
Für Verstärkung 1 brauchst nicht mal den Einstell-R für die Verstärkung 
anschließen.
Diese haben ein extra Pin, an das man direkt eine Offsetspannung anlegen 
kann, also die gewünschten 20mV.
Gruß Öletronika

[Helmut S. (helmuts)]

Ich nehme mal an, dass der Shunt relativ niederohmig ist.
Einfach einen 1kOhm Serienwiderstand nehmen und am Ende des 
Widerstandes, in Richtung der weiteren Auswertung, einen 100kOhm nach 
+2,5V oder +5V. Der 100kOhm Widerstand erzeugt ca. 25mV bzw 50mV Hub. 
Allerdings schwächt er das Signal um 1% ab, also nur noch 99% Hub.

[Migelchen (Gast)]

So etwas leichtes auf einen Freitag. :)

OPV-Summierer-Schaltung fertig.

[Tim M. (tim90)]

Vielen Dank für Eure Denkanstöße!
Der Ansatz mit dem Spannungsteiler von Helmut funktioniert wunderbar.
Leider wird das Signal abgeschwächt (wie bereits erwähnt)
Ich bekomme das mit einem OPV Summierer einfach nicht hin.
Könnt Ihr mir bitte eine erweiterte Hilfestellung geben.


Gruß
Tim

[Harald W. (wilhelms)]

Tim M. schrieb:

> Der Ansatz mit dem Spannungsteiler von Helmut funktioniert wunderbar.
> Leider wird das Signal abgeschwächt (wie bereits erwähnt)

Dann setz doch einen OPV als Spannungsfolger oder Verstärker dahinter.

[Helmut S. (helmuts)]

Hier ein Beispiel mit LTspice. Dafür benötigst du einen Rail to Rail 
CMOS Opamp, z. B. den LTC6084 den es direkt in LTspice gibt.

[Tim M. (tim90)]

Vielen Dank für das Beispiel!

Die Schaltung funktioniert wunderbar!
Hab in den letzten Tagen versucht die Schaltung für meine Zwecke 
anzupassen.
Hat leider nicht ganz so geklappt...
Könnt Ihr mir da bitte nochmal eine Hilfestellung geben.

Offset: 100mV

Spannungsteiler:
R2: 330kOhm
R3: 6.8kOhm

-> 100.95mV
-> neuer Offset: 101mV

Hab dann den Verstärkungsfaktor berechnet:
-> 0.101V = 0.10095V * (1 + R4/10000Ohm)
-> R4 = 4.952 Ohm

Wenn ich das mit LTspice simuliere bekomme ich folgende Werte

0A -> 101.0462mV => OK
1A -> 904.8860mV => Es sollten rechnerisch 921mV sein
2A -> 1708.7020mV =>Es sollten rechnerisch 1740mV sein

Was mache ich falsch?

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Tim,

Nach einer wirklich längeren Berechnung kommen am Ende recht einfache 
Formeln heraus. Bitte die Bezeichnung der Widerstände im Schaltplan 
beachten.


R2 = Ub/Uoffs*(Rs+R1)

R4 = R3*Uoffs/Ub


Im Anhang ist der Schaltplan(.asc) und die Plotdatei(.plt) für LTspice.
Wenn man nach der Simulation meine Skalierung 0V/1V haben will, dann 
muss man das Plot-Setting laden.

Plot Settings -> Reload Plot Settings

Gruß
Helmut

[Tim M. (tim90)]

Hallo Helmut

klappt wunderbar! :)
War mit meinen Berechnungen total auf den Holzweg...

Wie bzw. woher hast Du die Formeln abgeleitet?

R4 kann ich mit der Formel Ua = Ue * (1+R4/R3) berechnen.
-> R4 = (Ua/Ue – 1) * R3
-> R4 = (0.1V/0.098039 - 1) * 10000 => 200 Ohm

Nur R2 ist mir noch nicht ganz so klar…

Jetzt hab ich noch eine Frage zum OP.
Muss ich da auf etwas Acht geben oder kann ich da jeden gängigen Rail to 
Rail OP verwenden?


Gruß
Tim

[Helmut S. (helmuts)]

Man muss am Anfang die unbekannte Verstärkung v des nicht invertierenden 
Verstärkers auch schon bei der Berechnung des Eingangssignales beachten. 
Das ist das Geheimnis. Erst ganz am Schluss hat man dann eine Gleichung 
in der nur noch die Verstärkung v als Unbekannte vorkommt. Dann 
berechnet man durch einsetzen von v in die vorherigen Gleichungen die 2 
Widerstandswerte.

[Helmut S. (helmuts)]

1.
Da die Eingangsspannung bis 0V geht, benötigt man schon mal einen Opampp 
der 0V am Eingang kann auch wenn die negative Versorgung bei 0V liegt. 
Das muss erst mal nicht unbedingt "rail to rail" am Eingang sein. Auch 
die "single supply" Opamps können das im allgemeinen.

2.
Am Ausgang muss der Verstärker auch bei 100mV sauber funktionieren. Das 
können meistens nur solche die "rail to rail" am Ausgang haben.


Natürlich geht das mit Krücken auch mit einem LM358 indem man am Ausgang 
einen 1kOhm nach Masse anschließt.

[Helmut S. (helmuts)]

> Nur R2 ist mir noch nicht ganz so klar…

Über R2 wird doch der Offset eingespeist. Statt an Ub wird man da 
naürlich eine Referenzspannung(2,5V) an R2 anschließen, wenn es auf hohe 
Genauigkeit ankommt. Außerdem werden dann natürlich 1% oder gar 0,1% 
Widerstände Pflicht.

[Tim M. (tim90)]

>Über R2 wird doch der Offset eingespeist.
Ja weiß ich - Ich meinte die Formel: R2 = Ub/Uoffs*(Rs+R1)

>Außerdem werden dann natürlich 1% oder gar 0,1%
>Widerstände Pflicht.
Ja - hätte ich genommen.

Ich denke ich hab es so einigermaßen verstanden...
Werde das ganze einmal in der Praxis aufbauen und testen.

Edit: Wie kommst Du beim LM358 auf 1kOhm? - Im Datenblatt von z.B. ti 
stehen ebenfalls 10kOhm...

[Helmut S. (helmuts)]

> Edit: Wie kommst Du beim LM358 auf 1kOhm? - Im Datenblatt von z.B. ti
stehen ebenfalls 10kOhm...

Da du nur bis 1V Ausgangsspannung brauchst sind die 1kOhm meiner Meinung 
nach sicher besser als nur 10kOhm zu nehmen.
Alternativ gleich einen Opamp  nehmen der bei 100mV Ausgangsspannung 
auch ohne solche Tricks vernünftig funktioniert.

[Tim M. (tim90)]

Alles Klar! :)

Vielen Dank für Deine Hilfe / Erklärung! :)