Hallo Community, ich möchte eine Strommessung durchführen. Strombereich 30 uA bis 30 mA. Ich möchte hierfür den Strom 1 zu 1 in eine Spannung mithilfe eines Stromspannungswandler umsetzen. Dann möchte ich die Ausgangsspannung mit einem invertierenden OPV verstärken (x10 und x100). Damit möchte ich dann an ein Oszilloskop und den Spannungsverlauf betrachten, um auf den Stromverlauf und somit auf den Stromverbrauch zu schließen. Zunächst wollte ich die Verstärkung kalibrieren: Beispielsweise gebe ich 1mA, den ich mit einer 5V Spannungsquelle und einem 10k Poti einstelle, an den Eingang des Stromspannungswandlers. Über den Widerstand von 1 Ohm müsste doch dann theoretisch 1mV am Ausgang sein. Den OPV versorge ich mit +5/-5 V. In der Praxis sieht das so aus: mA: 5 4 3 2 1 mV: -3,4 / -2,4 / -1,4 / -0,4 / 0,4 Meine Frage ist, warum das in der Praxis anders ausschaut. Wo mache ich Fehler? Danke im Voraus für Eure Hilfe. Lieben Gruß, Michael W.
Michael W. schrieb: > Den OPV Welcher OP in welcher Beschaltung? > Meine Frage ist, warum das in der Praxis anders ausschaut. > Wo mache ich Fehler? Ich tippe mal auf das trivialste: Offsetspannungen.
Michael W. schrieb: > Meine Frage ist, warum das in der Praxis anders ausschaut. Wo mache ich > Fehler? Der Fehler: Beim Aufbau der Schaltung. Kurz: Ohne Schaltplan den du hier zeigen solltest, können wir Dir nicht helfen.
Bei einem 10k Poti kannst du natuerlich keine 1 Ohm einstellen. Das wird schon bei einem 100 Ohm Poti fast unmoeglich. Abgesehen davon was soll das Kalibrieren ? Vergiss das. Den 1 Ohm Widerstand gibt es nicht zu kalibrieren. Den Offset ? Vergiss das. Es gibt eigentlich gar nichts zu kalibrieren. Ob 1mV mun ein paar Prozent abweicht ist egal. Sonst ist das Konzept falsch.
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Danke für die schnelle Antwort! Verwendet wird ein TL084CN. Anbei die Schaltung.
1 Ohm in der Rückkopplung für Verstärkungsfaktor = 1, aber dann 2 invertierende Verstärker dahinterschalten. Gehts noch komplizierter? Mach 100 Ohm draus, haste Verstärkungsfaktor 100. https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Strom-Spannungs-Wandler
Danke für deine Lösung. Das beantwortet aber meine Frage nicht. Warum funktioniert diese 1 zu 1 Umrechnung beim Stromspannungswandler nicht. Wenn das bei 1Ohm nicht funktioniert, wird das bei 100 Ohm auch nicht funktionieren, oder?
Michael W. schrieb: > Anbei die Schaltung. Da fehlt noch was: Wer kümmert sich darum, dass die Eingangsspannungen des ersten OPVs sich im gültigen Gleichtaktbereich befinden? So frei schwebend geht das nicht.
Ja, der + Eingang muss auf Masse. Dann Rückkopplungswiderstand = 100 Ohm und vom + Eingang nach Masse nen 100 Ohm und die Signalquelle auch an Masse anschließen. Und dann sollte 1mA = -100mV sein.
Da fehlt eine Verbindung von Pin 3 zu Masse. Den OPV 1 könntest du dir sparen und die 1 Ohm gleich an Masse legen. Dann reicht ein TL 082.
Michael W. schrieb: > Das beantwortet aber meine Frage nicht. Warum funktioniert diese 1 zu 1 > Umrechnung beim Stromspannungswandler nicht. Schau bitte mal im Datenblatt nach OFFSET, dann wird das Dir klarer .-)
Pin 3 liegt an Masse an. Sorry, habe das in der Zeichnung vergessen. Am Stromspannungswandler fließt eine Spannung von 1,5 mV von - nach +. Das darf doch eigentlich nicht sein, oder?
Michael W. schrieb: > Am Stromspannungswandler fließt eine Spannung von 1,5 mV von - nach +. die Spannung fließt nicht, sondern die liegt da nur rum (äh: an). Und: doch, das darf sein, weil es kein idealer OPV ist. Das Stichwort "Offsetspannung" wurde schon mehrfach genannt. Michael W. schrieb: > Wenn das bei 1Ohm nicht funktioniert, wird das bei 100 Ohm auch nicht > funktionieren, oder? aber der Fehler wird einen Faktor 100 weniger relevant sein. Wenn 100mV um 1,5mV verschoben sind stört das weniger, als wenn 1mV um den Wert verschoben ist.
Ok ja sie liegt da an. Ah jetzt hats bei mir Klick gemacht. Wenn ich den Offset berücksichtige komme ich auf die passenden Werte: mA: 1 2 3 / ... mV:-1 /-2 -3 ... So das war mein erster Beitrag in diesem Forum. vielen lieben Dank. Ihr seid super kompetent und nett! Viele Grüße, Michael W.
Michael W. schrieb: > ich möchte eine Strommessung durchführen. Strombereich 30 uA bis 30 mA. > Ich möchte hierfür den Strom 1 zu 1 in eine Spannung mithilfe eines > Stromspannungswandler umsetzen. Warum nicht einen Widerstand im Stromweg und die Spannung verstärken? > In der Praxis sieht das so aus: > mA: 5 4 3 2 1 > mV: -3,4 / -2,4 / -1,4 / -0,4 / 0,4 Das ist relativ gut. Wenn ich mal das Datenblatt vom TL084 überfliege, sehe ich dort als typ. Eingangsoffset 3 mV. Der OPA336 ist im typischen Wert Faktor 50 besser und beim Bastelhöker verfügbar. Selbst dieser wird am unteren Ende aber noch einen erheblichen Fehler produzieren.
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Guten Morgen Community, Die hier verwendete Spannungsquelle (5V) mit 10k Poti habe ich nur verwendet, da ich zunächst einen eingestellten konstanten Eingangsstrom haben wollte, um die OPV-Schaltung zu verstehen. Da ich nun weiß, wie die Ausgangsspannungen (10- und 100-fache Verstärkung) erzeugt werden, möchte ich - anstatt des konstanten Eingangsstrom ein - den Strom, der diesmal veränderlich ist, von einer anderen Schaltung messen. Hierfür habe ich an den -IN den +Pol und an den +IN des Stromspannungswandlers den -Pol der anderen Schaltung angeschlossen. Die Verbindung zwischen +IN und Masse der OPV-Versorgungsspannung habe ich getrennt. Anbei die Schaltung zur Veranschaulichung. Nun zu meiner Frage. Spannungsversorgung am TL084CN liegt an (+-12V). Mit einem Strommessgerät habe ich -IN und +IN am Stromspannungswandler (SSW) kurzgeschlossen und messe verständlicherweise 0A. Warum messe ich am Ausgang eine Spannung von -10,03V? Nach meinem Verständnis müssten dort auch 0V anliegen. Danke für Eure Hilfe! Lieben Gruß, Michael W.
Michael W. schrieb: > von einer anderen Schaltung messen. Hierfür > habe ich an den -IN den +Pol und an den +IN des Stromspannungswandlers > den -Pol der anderen Schaltung angeschlossen. Die Verbindung zwischen > +IN und Masse der OPV-Versorgungsspannung habe ich getrennt. Das geht so nicht ohne weiteres. Wie ich schon schrieb, müssen die Spannungen an den (+) und (-)-Eingängen des OPV im gültigen Gleichtaktbereich des OPVs liegen (bezogen auf die Versorgungsspannungen des OPVs!). Wenn die "andere Schaltung" potenzialfrei ist, kümmert sich niemand darum, dass die oben genannte Bedingung eingehalten wird. Die Potenziale können dann beliebig "in der Gegend herum Schweben" und sind dann zufällig oder auch gezielt außerhalb des gültigen Gleichtaktbereichs. Du brauchst also eine geeignete Verbindung zwischen der "anderen Schaltung" und der OPV-Versorgung. Wie die dann aussehen kann hängt von der "anderen Schaltung" ab. Im einfachsten Fall ist das eine Verbindung der beiden GNDs (Masse) - wenn damit die Bedingung erfüllt ist.
Ich sehe gerade, Du hast ja keinen "Intrumentation Amplifier" (d.h. einen Verstärker, der die Differenz am Eingang in eine Spannung am Ausgang gegen GND umsetzt). Bei dem müssten sich die Eingangsspannungen "nur" im gültigen Gleichtaktbereich befinden. Bei Dir muss aber der (+)-Eingang unbedingt an GND liegen. Eine andere Spannung am (+)-Eingang bewirkt eine entsprechende Verschiebung des Ausgangsspannung Ussw. Wenn diese Spannung dann zusätzlich noch außerhalb des gültigen Gleichtaktbereichs liegt, ist die Funktion des OPVs nicht mehr gewährleistet und damit die Ausgangsspannung undefiniert; sie kann dann beliebig sein.
Dietrich L. schrieb: > Du brauchst also eine geeignete Verbindung zwischen der "anderen > Schaltung" und der OPV-Versorgung. Wie die dann aussehen kann hängt von > der "anderen Schaltung" ab. Im einfachsten Fall ist das eine Verbindung > der beiden GNDs (Masse) - wenn damit die Bedingung erfüllt ist. Wenn ich beide Masse-Punkte verbinde, verändert sich 1) der Eingangsstrom am SSW von 0,02mA auf 38mA 2) der Ausgangsstrom am SSW von -8,91V auf +2,71V Michael W. schrieb: > Warum messe ich am Ausgang eine Spannung von -10,03V? Die -10,03V ist die Differenzspannung zwischen OpAmp-Versorgungsspannung und Betriebsspannung der "anderen Schaltung". Dietrich L. schrieb: > Bei Dir muss aber der (+)-Eingang unbedingt an GND liegen. Eine andere > Spannung am (+)-Eingang bewirkt eine entsprechende Verschiebung des > Ausgangsspannung Ussw. > Wenn diese Spannung dann zusätzlich noch außerhalb des gültigen > Gleichtaktbereichs liegt, ist die Funktion des OPVs nicht mehr > gewährleistet und damit die Ausgangsspannung undefiniert; sie kann dann > beliebig sein. Ja es liegt eine andere Spannung an 0...3,3V . Die liegt aber schon im Gleichtaktbereich, oder?
Michael W. schrieb: > Dietrich L. schrieb: >> Du brauchst also eine geeignete Verbindung zwischen der "anderen >> Schaltung" und der OPV-Versorgung. Wie die dann aussehen kann hängt von >> der "anderen Schaltung" ab. Im einfachsten Fall ist das eine Verbindung >> der beiden GNDs (Masse) - wenn damit die Bedingung erfüllt ist. > > Wenn ich beide Masse-Punkte verbinde, verändert sich > 1) der Eingangsstrom am SSW von 0,02mA auf 38mA > 2) der Ausgangsstrom am SSW von -8,91V auf +2,71V Was für ein Unsinn. Ein "Ausgangsstrom" von -8,91V Nochmal zum Mitmeißeln: der (+) Eingang des ersten OPV muß an GND liegen. Nur so kann die Schaltung überhaupt funktionieren. Und da dieser Anschluß gleichzeitig ein Anschluß des "Strommessers" ist, muß das GND der Meßschaltung galvanisch getrennt vom GND der zu messenden Schaltung sein. Sprich: die Meßschaltung braucht eine eigene, komplett unabhängige Versorgungsspannung. Ebenfalls alles, was am Ausgang der beiden Verstärker hängt. Auch daran führt kein Weg vorbei. Wenn sich der Strom schon durch das Verbinden der beiden GND ändert, dann bestand vorher offensichtlich keine galvanische Trennung. Aber die ganze Idee mit dem aktiven Strom-Spannungswandler ist sowieso großer Mist. Denn im Vergleich zu einem simplen 1-Ohm Shunt, der genau die gleiche Funktion erfüllen würde, hat sie gravierende praktische Einschränkungen. So kann sie bspw. keinen Strom messen, der größer ist als der Strom den der erste OPV mit seinem Ausgang liefern kann. Und wenn schnelle Stromänderungen auftreten, dann führt die Verzögerung innerhalb des OPV dazu, daß zwischen den Eingängen des Strommessers kurzzeitig eine deutlich höhere Spannung anliegt als sie dürfte. Was wiederum zu Rückwirkungen mit der zu messenden Schaltung führen wird. Je nachdem, wo genau man den Strom mißt (etwa in der Gegenkopplung eines Verstärkers) kann das sogar zu wildem Schwingen führen.
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Michael W. schrieb: > Mit einem > Strommessgerät habe ich -IN und +IN am Stromspannungswandler (SSW) > kurzgeschlossen und messe verständlicherweise 0A. Neben den richtigen Anmerkungen von Axel und Dietrich zum Massebezug noch ein weiterer Hinweis: Wenn du die beiden Eingänge kurzschließt und auf Masse legst, dann legst du nicht den Eingangsstrom auf 0A. Der Strom ist dann undefiniert, denn über einen Kurzschluss kann ein beliebiger Strom fließen. Wenn du die Eingänge kurzschließt, dann legst du damit die Eingangsspannung auf U_d = 0V. Wie du oben schon festgestellt hast will der reale OPV an seinen Eingängen aber nicht U_d = 0V sehen sondern seine Offsetspannung (im mV-Bereich). Wenn du U_d auf 0V zwingst, dann wird der OPV seine Offsetpannung mit seiner Leerlaufverstärkung hochverstärken, so dass am Ausgang wieder einge V anliegen. Mit deinem exotischen Rückkoppelwiderstand dürfte die Ausgangsspannung so weit nach oben oder unten gehen, bis der OPV das 1Ohm gegen Masse nicht mehr treiben kann.
Axel S. schrieb: > Aber die ganze Idee mit dem aktiven Strom-Spannungswandler ist sowieso > großer Mist. Denn im Vergleich zu einem simplen 1-Ohm Shunt, der genau > die gleiche Funktion erfüllen würde, hat sie gravierende praktische > Einschränkungen. So kann sie bspw. keinen Strom messen, der größer ist > als der Strom den der erste OPV mit seinem Ausgang liefern kann. Anscheinend funktioniert das nicht, wie ich mir das vorgestellt habe. Habt ihr mit Eurer Erfahrung eine Idee? Ich habe eine Schaltung, die mit Lithium-Knopfzellen (3V) betrieben wird. Um auf den Stromverbrauch schließen zu können, möchte ich eine Strommessung durchführen. Zunächst habe ich einen 1 Ohm Widerstand dazwischen geklemmt und daran das Oszilloskop angeschlossen. Somit wird ja der Strom 1:1 in Spannung umgesetzt. So konnte ich jedoch Ströme kleiner 2 mA nicht wirklich messen, da die Mindestauflösung des Oszis bei 2 mV lag. Demnach dachte ich mir, dass ich mit einem höheren Widerstand, 10 Ohm oder 100 Ohm, die Spannung ver-10- oder ver-100-fachen könnte. Dadurch floss aber nicht genug Strom, um die Schaltung zu betreiben. Daraufhin dachte ich mir, dass ich mittels Stromspannungswandler den Strom 1 zu 1 in eine Spannung umsetzten und dann mithilfe eines invertierenden Verstärkers die Spannung um Faktor 10 bzw. 100 verstärken kann. So ist der aktuelle Stand und nun wäre ich euch mega dankbar, wenn ihr eine Lösung für dieses Problem habt. Lieben Gruß, Michael W.
Michael W. schrieb: > Demnach dachte ich mir, dass ich mit einem höheren Widerstand, 10 Ohm > oder 100 Ohm, die Spannung ver-10- oder ver-100-fachen könnte. Dadurch > floss aber nicht genug Strom, um die Schaltung zu betreiben. 10mV bzw. 100mV Spannungsabfall am Shunt führen schon dazu, dass die Schaltung nicht läuft? Das ist komisch. Oder fließt in der Realität doch mehr Strom als das eine mA, von dem du bisher sprichst? du kannst schon mit einem Strom-Spannungswandler arbeiten, aber: - baue 100Ohm (statt 1Ohm) in die Rückkopplung und - achte auf den richtigen Massebezug
Achim S. schrieb: > 10mV bzw. 100mV Spannungsabfall am Shunt führen schon dazu, dass die > Schaltung nicht läuft? Das ist komisch. Oder fließt in der Realität doch > mehr Strom als das eine mA, von dem du bisher sprichst? Es fließen 30 uA bis 30mA.
Michael W. schrieb: > Es fließen 30 uA bis 30mA. Und was war genau der Grund, das nen Tag lang zu verheimlichen? Der OPV muss den Strom liefern können, der OPV muss mit genug Versorgungsspannung betrieben werden um diesen Strom durch den Rückkopplungswiderstand zu drücken und bei einem Dynamikfaktor von 1000 muss man relativ genau drauf achten, dass einem Offsetspannungen die 30uA nicht stark verfälschen. Bei 10 Ohm sind das immerhin nur 300uV und die sind in diversen mV Offsetspannung schnell verschwunden.
THOR schrieb: > >> Es fließen 30 uA bis 30mA. > > Und was war genau der Grund, das nen Tag lang zu verheimlichen? Vielleicht Deine Leseschwäche? Der Strom stand schon im Startposting. An Michael: Einen Strombereich von 1000 mit einem Shunt auszuwerten wird schwierig. Besser wären zwei umschaltbare Shunts im Verhältnis 1 zu 30. Der OPV, der die Spannung am Shunt messen soll, muss eine besonders niedrige Offsetspannung haben. Standardmodelle sind da nicht geeignet.
Harald W. schrieb: > THOR schrieb: >> >>> Es fließen 30 uA bis 30mA. >> >> Und was war genau der Grund, das nen Tag lang zu verheimlichen? > > Vielleicht Deine Leseschwäche? Hast du morgen Sprechstunde dass du mir die Diagnose auf Papier geben kannst?
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