Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Differenzenverstärker Messbereich Verfeinerung


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von Ananas E. (ananas_express)


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Hallo,

ich habe hier leider ein kleines Problem mit meiner OPV Schlatung.

Ich möchte hier einen Teil eines 4-20mA Signals auf 0-4V skalieren. Dazu 
habe ich die Schaltung wie Anhang ersichtlich aufgebaut.

Leider ist es aber so, dass ich beim Aufbau nie unter 1.8V beim Ausgan 
komme.
Mein Ausgangssignal halt also Minimum 1.8V und danach steigt es erst.

Kann mir jemand meine Fehler erklären? Laut Simulation sollte es doch so 
Funktionieren.

LG

von ths (Gast)


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Schau mal ins Datenblatt des OP. Output voltage swing.

von Werner H. (werner45)


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Der LM324 ist kein Single Supply OpV und die Versorgungsspannung ist 
einfach zu klein. Nimm einen anderen OpV oder höhere Spannung.

Gruß   -   Werner

von DocDirac (Gast)


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LM324 ist sehr wohl ein single supply OPV: Auszug aus TIs 
Datenblatt:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm324.pdf

"These devices consist of four independent high-gain 
frequency-compensated operational amplifiers that are designed 
specifically to operate from a single supply over a wide range of 
voltages. Operation from split supplies also is possible if the 
difference between the two supplies is 3 V to 32 V (3 V to 26 V for the 
LM2902 device), and VCC is at least 1.5 V more positive than the input 
common-mode voltage.

Ungeeinget ist er Trotzdem, da er bei 5VDC Single Supply einen Voltage 
Swing von 0V-3.5V erlaubt, was nicht zu TOs Anforderungen passt.

Meine Simulation gibt das auch so her, also scheint der TO noch nicht 
das orginale LM324 spice model zu nutzen.

von oldeurope O. (Gast)


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DocDirac schrieb:
> Ungeeinget ist er Trotzdem, da er bei 5VDC Single Supply einen Voltage
> Swing von 0V-3.5V erlaubt, was nicht zu TOs Anforderungen passt.

Ich meine mich zu erinnern das mit einem Pullup gemacht zu haben. Ich 
sehe auch in der Innenschaltung des 324 nichts was dagegen spräche.
Laut Innenschaltbild hast Du nach unten noch den BE-Spannungsabfall
des PNP-Emitterfolgers.



Also besser mit der Innenschaltung aus dem Datenblatt,
als mit dem Modell simulieren.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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So sollte das eigentlich auch mit dem LM324 funktionieren.

Ich werde mal ein Modell aus dem Innenschaltbild vom
Datenblatt machen …

LG
old.

von Robert M. (r0bm)


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Ananas E. schrieb:
> Leider ist es aber so, dass ich beim Aufbau nie unter 1.8V beim Ausgan
> komme.
> Mein Ausgangssignal halt also Minimum 1.8V und danach steigt es erst.
>
> Kann mir jemand meine Fehler erklären? Laut Simulation sollte es doch so
> Funktionieren.

Die einfachste Erklärung wäre, dass der OPV in deinem Aufbau kein (bzw. 
echter) LM324 ist. Ein LM324 schafft sowohl am Ein- wie am Ausgang fast 
die 0V. Was nicht klappen dürfte, ist die gewünschte max. 
Ausgangsspannung von 4V bei einer Versorgung mit nur 5V.

von oldeurope O. (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Ich werde mal ein Modell aus dem Innenschaltbild vom
> Datenblatt machen …

Anbei.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Hier noch das Schaltbild vom LM324E-Modell

LG
old.

von Robert M. (r0bm)


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Aus der W. schrieb:
> Anbei.

Hmmm, mit Ube=0,65V und max. 4,4V Ausgangsspannung müsste der OPV 5.05V 
ausgeben obwohl ihm nur 5V zur Verfügung stehen?
Die LM324 von National Semi schaffen m.W.n. mit Ach und Krach 4V bei 
Ub=5V aber das wars dann auch schon.

von oldeurope O. (Gast)


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Robert M. schrieb:
> Hmmm, mit Ube=0,65V und max. 4,4V Ausgangsspannung müsste der OPV 5.05V
> ausgeben obwohl ihm nur 5V zur Verfügung stehen?

Dann lasse Dir doch mal Ube anzeigen!
Und wie hoch ist Ube?

Robert M. schrieb:
> Die LM324 von National Semi schaffen m.W.n. mit Ach und Krach 4V bei
> Ub=5V aber das wars dann auch schon.

Nichts gegen einzuwenden ...
Beitrag "Re: Differenzenverstärker Messbereich Verfeinerung"

LG
old.

von Thorsten (Gast)


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Hallo,

welches Simulationsprogramm hast Du benutzt?
(reines Interesse)

Thorsten

von Robert M. (r0bm)


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Aus der W. schrieb:
> Dann lasse Dir doch mal Ube anzeigen!
> Und wie hoch ist Ube?

Bei kleinster Ausgangspannung Ube=0,57V und steigt bei max. 
Ausgangspannung auf Ube=0,65V (BC547C / NI Multisim). Was sagt LTSpice?

von oldeurope O. (Gast)


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Robert M. schrieb:
> Bei kleinster Ausgangspannung Ube=0,57V und steigt bei max.
> Ausgangspannung auf Ube=0,65V (BC547C / NI Multisim). Was sagt LTSpice?

Alles korrekt.
Die idealen Stromquellen haben mir einen Streich gespielt.
Die Stromquellen im Modell und Datenblatt (!) können natürlich
über Vcop ziehen!
Habe sie jetzt begrenzt. Weiß aber nicht wie weit das muß.
Jetzt sieht das schon realistischer aus. Danke.
Werde bei Gelegenheit an einem realen LM324 messen und das
Modell optimieren. Musste den Pullup R9 auf 2K2 verringern.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> DocDirac schrieb:
>> Ungeeinget ist er Trotzdem, da er bei 5VDC Single Supply einen Voltage
>> Swing von 0V-3.5V erlaubt, was nicht zu TOs Anforderungen passt.
>
> Ich meine mich zu erinnern das mit einem Pullup gemacht zu haben. Ich
> sehe auch in der Innenschaltung des 324 nichts was dagegen spräche.
> Laut Innenschaltbild hast Du nach unten noch den BE-Spannungsabfall
> des PNP-Emitterfolgers.

Habe eben eine Testschaltung mit dem LM324 aufgebaut.
Es ist genau so wie ich schrieb, Du kannst den Ausgang
mit einem Pullup hochziehen.

Ohne Pullup liegt man zwei BE-Strecken drunter,
also sind die Stromquellen (I3) über Spiegel
angeklemmt.
 https://www.mikrocontroller.net/attachment/372391/LM324E_Innenschaltbild_001.png
Das ändere ich gerade an dem Modell.

So langsam bekomme ich einen brauchbaren LM324 für LTspice. :-)

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Das ändere ich gerade an dem Modell.

Das Modell möchte ich Euch noch nachreichen.

Mit diesem Modell könnt Ihr die Schaltung hier korrekt simulieren.
Ihr könnt es ja mal selbst prüfen.

Was ich noch genau ermitteln muss, sind die Werte für
C1,R1,R2 und die hfe-Klassen der BJTs.

Im Gegensatz zu dem mathematischen Modellen, weiß ich
bei einer Modellschaltung wo ich schrauben muss,
damit das Modell der Realität entspricht.
Das ist eine feine Sache bei LTspice.

LG
old.

von Ananas E. (ananas_express)


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Hallo ihr Lieben,

vielen Dank für die vielen Rückmeldungen. Ich werde die Woche mal noch 
mal die Schaltungen und Vorschläge im Labor ausprobieren.

Inzwischen hab ich einfach einen INA122P verwenden, den ich noch 
herumliegen hatte. Der ist zwar relativ teuer, aber dafür Rail-To-Rail.

Mir ist nur noch nicht ganz klar, warum ich nun die 0.65V nach unten hin 
nicht erreichen konnte. Das ich nach oben hin nicht auf die 5V 
Versorgung des OPV komme, ist mir klar, weil er ja nicht Rail-to-Rail 
ist. Darum hab ich auch gleich die Anforderung auf 4V reduziert, da ich 
beim versuch auf ca. 4.4 gekommen bin. Aber wenn ich nun beispielsweise 
Vin- auf 2V und Vin+ auf 1.8 V habe, müsste ich doch an die 0.65V am 
Ausgang kommen oder nicht? Oder liegt das an der Gleichtaktaussteuerung? 
Wenn ja, wo sehe ich sowas im Datenblatt?

Viele Grüße!

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

dies steht unter dem englischen Begriff "common mode voltage range". 
Also bei Dir von 0 bis 3,5V.

Zusätzlich wäre ein Offsetausgleich ratsam, wenn Di es genau haben 
möchtest.

Und die Last ist etwas groß am Ausgang. Ist in der Schaltung kein 
Abblockkondensator eingebaut, wie der Schaltplan vermuten läßt?

MfG

: Bearbeitet durch User
von oldeurope O. (Gast)


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Ananas E. schrieb:
> Darum hab ich auch gleich die Anforderung auf 4V reduziert, da ich
> beim versuch auf ca. 4.4 gekommen bin. Aber wenn ich nun beispielsweise
> Vin- auf 2V und Vin+ auf 1.8 V habe, müsste ich doch an die 0.65V am
> Ausgang kommen oder nicht?

Der LM324?
Soll ich das mal testen?

LG
old.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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> Der LM324?
> Soll ich das mal testen?

Ja.

mfG

von oldeurope O. (Gast)


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Kommt auf 0 runter. Mit 2K2 Pullup auf 0V8
also BE-Strecke Q12 plus Drop vom Spiegel für I4
(den ich im Modell vergessen habe).
Mit einem 470K Pullup lässt sich der Drop messen,
es sind damit 55mV Sättigungsspannung am Spiegel.

LG
old.

von Ananas E. (ananas_express)


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Aus der W. schrieb:
> Kommt auf 0 runter.

Könntest du mir dazu einmal die Schaltung wie du sie aufgabaut hast 
zeichnen?

LG

von oldeurope O. (Gast)


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Ananas E. schrieb:
> die Schaltung wie du sie aufgabaut hast
> zeichnen?

Klar, anbei.

LG
old.

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