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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gibt es Instrumentenverstärker mit Betragsausgang?


Autor: Schulze (Gast)
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Hallo,

ich möchte an einer Stromquelle die Ausgangsspannung messen und als 
Regelgröße zurückführen. Hierzu soll ein Instrumentenverstärker 
verwendet werden.
Der Ausgang der Quelle ist so beschaltet, dass sich die Flussrichtung 
gepulst mit einem ųC umschalten lässt. Die Spannungsmessung würde 
dadurcb einen Vorzeichenwechsel erfahren und die Regelung nicht klappen.

Gibt es evtl. einen Instrumentenverstärker, der das Differenzsignal als 
Betrag (nur pos. Spannung) ausgibt? Ich plane derzeit einen Muxer ein, 
um den Vorzeichenwechsel vor dem Verstärker zu korrigieren. Empfinde das 
aber als unschön.

Mit freundlichem Gruß

: Verschoben durch Moderator
Autor: Markus E. (markus_e176)
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Ich vermute, was du suchst, ist ein Präzisionsgleichrichter. 
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Präzisionsgleichrichter

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Schulze schrieb:
> ich möchte an einer Stromquelle die Ausgangsspannung messen und als
> Regelgröße zurückführen.

Das ergibt irgendwie keinen Sinn.

> Der Ausgang der Quelle ist so beschaltet, dass sich die Flussrichtung
> gepulst mit einem ųC umschalten lässt.

Häh?

> Gibt es evtl. einen Instrumentenverstärker, der das Differenzsignal als
> Betrag (nur pos. Spannung) ausgibt?

Wie ein Vorposter bemerkte, man kann einen OPV als Präzisionsgleich- 
richter beschalten, dann kriegt man am Ausgang des Betrag des 
Eingangssignals. Aber ich bezweifle ganz stark, daß das bei deinem 
Problem hilft. Ich kann noch nicht mal ansatzweise verstehen, was dein 
Problem ist. Und du scheinbar auch nicht. Deine Problembeschreibung ist 
einfach nur wirr.

Autor: Schulze (Gast)
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Hallo,

dann versuche ich das etwas genauer:

ich entwickele gerade eine getaktete Stromquelle für eine Galvanik. Bei 
dieser Galvanik soll die Stromrichtung umgeschaltet werden können 
(Pulsbetrieb).

Die Bestimmung der Stromrichtung erfolgt durch eine H-Brücke (siehe 
Abbildung) und die Strommessung über einem Shunt an Punkt c, der unter 
der H-Brücke gegen Masse liegt. Die Strommessung ist somit kein Problem.

Die Spannung ist hingegen keine direkte Rückführungsgröße. Sie stellt 
nur sicher, dass die Spannung am Ausgang nicht über einen gewissen Wert 
steigen kann, wenn der Widerstand am Ausgang zu hoch wird. Also eine 
getaktete Konstantstromquelle mit Spannungsbegrenzung.

Da die zu erwartendenden Spannungen eher klein sein werden >>5V (Last 
niederohmig) und Ströme um 10A erwartet werden, kann ich die Spannung 
nicht einfach direkt über die H-Brücke messen, da der Spannungsabfall 
über den MOSFETs der H-Brücke in der Größenordnung der Ausgangsspannung 
liegt. Daher müsste ich direkt am H-Brückenausgang an den Punkten a und 
b messen. Und hier kehrt sich die Polatität regelmäßig um, wobei die 
Spannungswerte Ua und Ub >=GND sein werden.

Daher war mein Gedanke, einen Instrumentenverstärker zu verwenden, der 
die Spannungsdifferenz zwischen a und b ermittelt und die Differenz 
gleichgerichtet mit G=1 ausgibt.

Gibt es ein solches Bauteil?

Mit Gruß

Schulze

Autor: Mani W. (e-doc)
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Über R? kannst Du doch den Strom messen, der gegen Masse fließt,
egal wie Du die Brücke schaltest...

Autor: Schulze (Gast)
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Hallo,

klar, das habe ich ja auch geschrieben. Die Strommessung ist kein 
Problem.

Ich habe die Grafik noch einmal als Beispiel erweitert. Sie ist so nicht 
funktionsfühig.

Es geht mir darum, die Spannung über a und b zu messen, so dass ich am 
Ausgang des oberen OpAmp stets den Betrag der Spannung als positive 
Ausgangsspannung erhalte, egal wie die Polarität an a und b ist.

Also z.B.

1. I fließt von a nach b, I=10A, Spannung zwischen a und b 1,5V, Ua>Ub 
--> OpAmp-Ausgang gegen GND = 1,5V
2. I fließt von b nach a. I=10A, Spannung zwischen a und b -1,5V, Ua<Ub 
--> OpAmp-Ausgang gegen GND = 1,5V

Egal in welche Richtung der Strom fließt, ich benötige den über a und b 
abfallenden Spannungswert als Betrag um z.B. über einen Komparator die 
Spannung mit einer Referenzspannung vergleichen zu können. Übersteigt 
die gemessene Spannung die Referenzspannung, so soll die getaktete 
Stromquelle abgeschaltet werden.


Mit Gruß

Schulze

Autor: Mark S. (voltwide)
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Nimm einen Instrumentenverstärker - der aber auch den vollen 
auftretenden Spannungshub verarbeiten kann, und schalte einen 
Präzisionsgleichrichter mit OPV (s. Tietze Schenk) dahinter. Damit 
kannst Du den Betrag über a -b messen.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Mark hat es genau ausgedrückt, ist auch die einfachste Version
und auch die sinnvollste...

Autor: Zeno (Gast)
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Schulze schrieb:
> Egal in welche Richtung der Strom fließt, ich benötige den über a und b
> abfallenden Spannungswert als Betrag um z.B. über einen Komparator die
> Spannung mit einer Referenzspannung vergleichen zu können. Übersteigt
> die gemessene Spannung die Referenzspannung, so soll die getaktete
> Stromquelle abgeschaltet werden.

Dann bau doch einen Fensterkomperator. Dieser schaltet bei Umin oder 
Umax.
Also Du nimmst 2 Komperatoren, wobei einer schaltet, wenn die 
Referenzspannung unterschritten wird, während der Andere bei 
Überschschreitung der Referenzspannung schaltet. Beide Komperatoren 
veroderst Du - fertig.
Wenn Du natürlich das analoge SIgnal brauchst, dann ist der 
Präzisionsgleichrichter Dein Freund.

Fensterkomperator siehe hier : 
https://de.wikipedia.org/wiki/Fensterkomparator


Zeno

Autor: Zeno (Gast)
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Nachtrag: Du kannst für jeden Komperator des Fensterkomperators eine 
eine andere Referenz festlegen. Wenn ich Dich richtig verstanden habe 
und Du nur auf einen positiven oder negativen Schwellwert reagieren dann 
ist der Fensterkomperator genau Dein Ding.
ZU Ostzeiten gab es mal einen IC D122 (2 Kanalleseverstärker) der müßte 
genau das können was Du willst (Datenblatt zu dem Teil hätte ich da und 
ich dürfte auch noch ein paar von den Teilen haben)
Hier ist mal ein 
Datenblatt:https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/basteln/Kons...
Die DDR D-Reihe war im wesentlichen die 74'er Reihe also TTL Technik.

Zeno

Autor: Schulze (Gast)
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Hallo,

ist schon etwas spät und ich werde erst morgen darüber weiter nachdenken 
können. Aber ich möchte aus Dank schnell antworten: für den 
Instrumentenverstärker mit Präzisionsgleichrichter würde ich eine 
bipolare Versorgung benötigen. Machbar, aber ich wollte es vermeiden. 
Ich werde den Vollweggleichrichter mal planen.

Den Fensterkomparator kenne ich. Habe den auch schon oft verwendet. Aber 
der benötigt im gegenwärtigen Projekt dann auch eine bipolare Versorgung 
und eine bipolare Referenzspannung. Oder übersehe ich da etwas?

Wenn ich eine Ausgangsspannung von z.B. 1.5V nicht überschreiten möchte, 
muss ich das Intervall [-1.5,...,+1.5] als zulässig definieren. Nach dem 
Wiki-Beispiel benötige ich für den oberen OpAmp UrefTop = 1.5V und für 
den unteren UrefBot -1.5V. Der obere geht ab 1.5V auf low, der untere ab 
-1.5V auf high. Die Ver-und-ung gibt das zulässige Intervall.

Mit einem µC, der auf GND referenziert, müsste ich einen invertierenden 
Verstärker mit G=1 hinter einen DAC schalten, um die negative 
Referenzspannung zu erzeugen. Parallel dazu einen Impedanzwandler für 
das positive Signal. Ein anderer Weg fällt mir gerade nicht ein.

Ich werde beide Wege morgen überdenken. Zusammen scheinen beide Wege 
etwa gleich aufwändig.

Ich hoffte, dass es für meine Aufgabe bereits einen fertigen Baustein 
gibt, der das mit Single Supply schafft. Aber mit beiden Ansätzen sollte 
es machbar sein.

Ich danke euch sehr!

Mit Gruß

Schulze

Autor: Schulze (Gast)
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P.S.

Danke für das Datenblatt. Das werde ich mir aber erst morgen genauer 
ansehen.

Mit Gruß

Schulze

Autor: gk (Gast)
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Moin,
von Maxim gibt es einen Current-Sense Amplifier, der Betrag und Richtung 
separat ausgibt MAX9928(9). Allerdings Highside. Vlt. gibt es soetwas ja 
auch für Low-Side.

gk

Autor: gk (Gast)
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gk schrieb:
> Vlt. gibt es soetwas ja auch für Low-Side.

Aufgrund des Eingangsspannungsbereiches von -0,1..28V, sollte der auch 
auf der Low-Side funktionieren
gk

Autor: Achim S. (Gast)
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Warum bleibst du nicht bei deinem ersten Lösungsansatz?

Schulze schrieb:
> Ich plane derzeit einen Muxer ein,
> um den Vorzeichenwechsel vor dem Verstärker zu korrigieren. Empfinde das
> aber als unschön.

Passende Analog-Multiplexer gibt es reichlich:
http://www.digikey.de/product-search/de/integrated...

Was ist an so einer Standardlösung "unschöner" als am Einsatz von 
Spezial-ICs? Zumal du das Vorzeichen des Signals ja durch die 
Ansteuerung der Brücke selbst festlegst und das selbe Steuersignal 
gleich für den MUX verwenden kannst. Der MAX9928 macht im Wesentlichen 
dasselbe, nur muss der sich das Umschaltsignal erst aus dem Vorzeichen 
des Messsignals generieren.

Autor: Zeno (Gast)
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Wenn Du negative Spannungen verarbeiten möchtest, dann benötigst Du 
i.d.R. eh eine negative Versorgungsspannung, aber die kann man ja mit 
einer Ladungspumpe erzeugen, da hier meist nur wenige mA benötigt 
werden.

Der von mir vorgeschlagene D122 benötigt auch bipolare 
Spannungsversorgung (+/-5V), da er intern 3 OPV's enthält, aber die läßt 
sich wie gesagt mit einer Ladungspumpe erzeugen.
Kurze Beschreibung: Der D122 war als 2-Kanal-Leseverstärker für 
Ferritkernspeicher gedacht und enthält intern 2 als Komperator 
geschaltete OPV's, deren Referenzspannung durch den 3. OPV bereit 
gestellt wird, d.h. Du brauchst nur eine Referenzspannung.
Da ein Bild mehr sagt als 1000 Worte habe ich's mal schnell mit dem 
Stift aufskizziert und abfotografiert. Die Eingänge der 3OPV's sind 
massefrei also echte OPV Eingänge. Könnte sein das der D122 bei dieser 
Schaltung mit nur einer Spannung auskommt.
Ich weis aber nicht ob es den D122 auch als internationalen Typ gibt - 
könnte eine DDR Sonderentwicklung gewesen sein.

Da bei Deiner Schaltung eigentlich auf Masse bezogen keine negativen 
Spannungen vorkommen könntest Du auch die von mir skizzierte 2. 
Schaltung benutzen, den Instrumentenverstärker brauchst Du dann nicht 
mehr.

Sorry ich habe die 2 Bildle in der Reihenfolge vertauscht.

Autor: Zeno (Gast)
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Mit einem Mux wie Achim es vorschlägt und nachgeschalteten Komperator 
sollte es auch gehen. Er hat ja Recht Du bestimmst den Schaltzustand der 
Brücke - manchmal ist die Lösung so einfach.

Nachtrag zu meiner 2. Schaltung: Die 2 OPV's sollten reichen, das 
Oderglied könntest Du ja mit 2 Ports des µC realisieren, den Du 
wahrscheinlich verwendest.


Zeno

Autor: Zeno (Gast)
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Ich glaub ich habe in meiner 2. Schaltung einen Fehler drin. Bei den 
OPV's die invertierenden Eingänge zusammenschalten und auf Referenz und 
die nichtinvertierenden Eingänge einmal auf a den anderen auf b.

Wenn Du einen OPV mit offenem Kollektorausgang benutzt, z.B. TAA2761 
oder TAA2765, dann kannst Du sogar auf die Veroderung verzichten. 
Einfach beide Ausgänge zusammen schalten und R gegen +VCC. Die Dinger 
rennen schon ab +/-2V. Wenn Du nur mit einer Spannung arbeiten willst, 
dann sollte das mit 5V möglich sein.

Hier noch das Datenblatt: 
https://www.tu-chemnitz.de/etit/zentral/ddr/ds/TAA2765.pdf

Autor: Zeno (Gast)
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Hier noch die korrigierte Schaltung mit TAA2761/65

Autor: Schulze (Gast)
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Hallo,

vielen Dank für eure Antworten. Ich versuche mal aufzuholen.


@gk (Gast): habe mir das Datenblatt gerade geladen und werde es gleich 
lesen.

@Achim S. (Gast): Warum ich nach einer Alternative suche? Weil ich nicht 
dachte, dass der Multiplexer eine Standardlösung sei. Ich habe das als 
Notlösung betrachtet und fand es schaltungsmäßig sinnvoll. Ich dachte 
nur, dass es da bestimmt etwas Fertiges gibt. Werde ja nicht der erste 
sein, der so ein Problem hatte :).

@Zeno: Danke für deine Ausführung. Ich werde mir das mal aufmahlen. Ich 
bin auch über deine erste Skizze gestolpert. Mal sehen.

Also klingt alles nach der ersten (Not-)Lösung. Ich hatte dort einen 
4053 eingeplant (glaub ich, Plan gerade nicht zur Hand) und die 
Ausgangsspannungen dann mit einem Impedanzwandler abgenommen. Danach 
einfach ein Komparator, der das Signal mit einem Sollwert vergleicht. 
Der Vorteil wäre, dass ich weiterhin unipolar arbeiten könnte, wenn der 
Muxer und die folgenden Komponenten hinreichend weit an GND heran kommen 
können.

Ich plane weiter und melde mich

Mit großem Dank bisher

Schulze

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