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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Welcher Rail to Rail OPAMP?


Autor: Thomas O. (kosmos)
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Hallo ich habe folgenden Anwendungsfall und wollte mal fragen welchen 
OPAMP man dafür nehmen kann.

Von einem Spannungsteiler erhalte ich einen Wert zw. 2,5 und 2,9V diese 
0,4V möchte ich mit einem Rail to Railverstärker möglichst an die 5V 
Versorgungsspannung oder an die 2,56V Referenzspannung eines ATMegas 
bringen will.

Was passiert bei eingestellter Referenzspannung von 2,56v wenn am ADC 4V 
anliegen kann das schon zu einem defekt führen oder hat man einfach den 
höchsten ADC -Wert.

Ich habe nur 5V zur Verfügung.

: Bearbeitet durch User
Autor: jemand (Gast)
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Thomas O. schrieb:
> Was passiert bei eingestellter Referenzspannung von 2,56v wenn am ADC 4V
> anliegen kann das schon zu einem defekt führen oder hat man einfach den
> höchsten ADC -Wert.

Zweiteres.

> Single ended channels that exceed VREF will result in codes close to 0x3FF

Thomas O. schrieb:
> Von einem Spannungsteiler erhalte ich bei Maximalauschlag 0,4V

Und minimal?

Ist der Spannungsteiler veränderbar?

Würde die Auflösung vielleicht schon reichen, wenn du die internen 1,1V 
als Referenz nimmst und die 0,4V direkt misst?

Autor: Wolfgang (Gast)
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jemand schrieb:
> Würde die Auflösung vielleicht schon reichen, wenn du die internen 1,1V
> als Referenz nimmst und die 0,4V direkt misst?

Die 0,4V sind die Differenz zwischen den Grenzen des Signalbereichs (2,5 
und 2,9V). Bei 1,1V Referenz kann der ADC damit wenig anfangen.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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Der Spannungeteiler besteht aus einem oberen 1 kOhm Widerstand und 
darunter sitzt ein PT1000. So erhalte ich bei 0°V 2,5V und bei 100°C 
2,9V. Jetzt gilt es aber das ganze möglichst fein abzutasten und da 
sollte dann der maximale Bereich des ADC ausgenutzt werden. Da sich die 
Werte nicht so schnell verändern kann ich hier Oversampling betreiben 
würde gerne auf einen Auflösung von 0,1°C kommen.

Den OPAMP würde ich gerne als Differenzverstärker verwenden lege also 
einmal mittels Spannungsteiler 2,5V an den -IN und die 2,5-2,9V an +IN, 
wie ich die Verstärkung einstelle ist mir klar.

Autor: Minimalist (Gast)
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Steht der ATmega schon fest? Weil viele tinies und megas mittlerweile 
differentielle adc mit gain haben.  Selbst mit nem kleinen Tiny85 ist es 
ein Kinderspiel die Brücke direkt und ohne adc auszulesen.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Mir wurde für solche Fälle neulich der MCP6002 empfohlen.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Thomas O. schrieb:
> Der Spannungeteiler besteht aus einem oberen 1 kOhm Widerstand und
> darunter sitzt ein PT1000. So erhalte ich bei 0°V 2,5V und bei 100°C
> 2,9V.

Thomas O. schrieb:
> an die 5V
> Versorgungsspannung oder an die 2,56V Referenzspannung eines ATMegas
> bringen will.

Du weißt, das in diesem Fall die 2,56V Referenz ungeeignet ist?

Wenn der Spanungsteiler von +5V versorgt wird, sollte die Referenz auch 
diese +5V sein (ratiometrische Messung!). Dann geht die Genauigkeit der 
2,56V-Referenz nicht in das Messergebnis ein.

Autor: Minimalist (Gast)
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Die frage ist, ob es Sinn macht einen opamp zu kaufen, oder direkt ein 
passenden uC.

Autor: Ingo W. (uebrig)
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Thomas O. schrieb:
> Da sich die
> Werte nicht so schnell verändern kann ich hier Oversampling betreiben
> würde gerne auf einen Auflösung von 0,1°C kommen.

Versprich dir davon nicht zu viel. Bei vernünftigem Aufbau schreitet der 
10-Bit ADC sauber von Wert zu Wert, ohne groß zu wackeln. Um mit 
Überabtastung noch ein bis zwei Bit mehr rauszukitzeln, müsstest du 
Rauschen, im richtigen Pegel zumischen. Stattdessen würde ich für diesen 
Anwendungsfall eher auf einen externen ADC ausweichen, z.B. MCP 3426A,
https://www.reichelt.de/a-d-wandler-16-bit-2-kanal-so-8-mcp-3426a0-e-sn-p109742.html?&trstct=pos_0
Der hat differenzielle Eingänge, was dir für die PT1000-Brücke 
entgegenkommt
Wenn dir die 10Bit Auflösung genügen, kannst du ja mit dem OPV, auch den 
Nullwert wegkompensieren und das Signal soweit hochverstärken, das die 
10Bit in deinem geforderten Messbereich auch ausgenutzt werden, bei 100K 
wäre das ja auch 0,1K.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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Als µC steht der ATMega16M1 fest, da ich die 36 Temperaturwerte über CAN 
übertragen möchte und dann kommen noch mehrere 74HC4067 16:1 Multiplexer 
zum Einsatz.

die PT1000 Sensoren sind so kleine Filmwiderstände ca. 1x1mm und 2 
Beinchen.

Differentiell heißt ich messe zw. den festen 2,5V und den 2,5-2,9V und 
Verstärke das dann mit dem internen Verstärker, aber leider bietet der 
nur einen festen Verstärkungsfaktor von 5, 10, 20 oder 40.

Autor: глупний форентроль (Gast)
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So ganz nebenbei sollte man wegen der Eigenerwaermung ueber einem PT100 
nicht mehr wie 30mVund ueber einem PT1000 nicht mehr wie 300mV haben. 
Bedeutet fuer einen PT1000 sollte man eher einen 10k in Serie haben.

Autor: Wolfgang (Gast)
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глупний форентроль schrieb:
> So ganz nebenbei sollte man wegen der Eigenerwaermung ueber einem PT100
> nicht mehr wie 30mVund ueber einem PT1000 nicht mehr wie 300mV haben.

Für 10 Bit sollte die Offset-Spannung des OP dann eine Größenordnung 
kleiner als 30 bzw. 300µV sein.

Autor: Jens G. (jensig)
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глупний форентроль (Gast)

>So ganz nebenbei sollte man wegen der Eigenerwaermung ueber einem PT100
>nicht mehr wie 30mVund ueber einem PT1000 nicht mehr wie 300mV haben.
>Bedeutet fuer einen PT1000 sollte man eher einen 10k in Serie haben.

Du meinst, der PT1000 darf potentiell 10x mehr verheizen als der PT100? 
Das wäre jetzt etwas unlogisch ...

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Jens G. schrieb:
> Du meinst, der PT1000 darf potentiell 10x mehr verheizen als der PT100?
> Das wäre jetzt etwas unlogisch ...

Tut er nicht, weil sein Innenwiderstand 10x größer ist.

Autor: Jens G. (jensig)
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Stefanus F. (stefanus) schrieb:

>Jens G. schrieb:
>> Du meinst, der PT1000 darf potentiell 10x mehr verheizen als der PT100?
>> Das wäre jetzt etwas unlogisch ...

>Tut er nicht, weil sein Innenwiderstand 10x größer ist.

Damit hast Du nur sichergestellt, daß der Strom gleich bleibt. Wegen 10x 
größerer Spannung ist damit die Leistung 10x größer.

Autor: Jens G. (jensig)
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0,03²V²/100Ohm=9µW
0,3²V²/1000Ohm=90µW

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Jens G. schrieb:
> Wegen 10x
> größerer Spannung ist damit die Leistung 10x größer.

Ach ja, richtig.

Autor: Minimalist (Gast)
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Thomas O. schrieb:
> Als µC steht der ATMega16M1 fest,

Thomas O. schrieb:
> Differentiell heißt ich messe zw. den festen 2,5V und den 2,5-2,9V und
> Verstärke das dann mit dem internen Verstärker, aber leider bietet der
> nur einen festen Verstärkungsfaktor von 5, 10, 20 oder 40.

Das sind doch himmlische Verhältnisse. Der Atmega hat sogar ein DAC 
onboard der die Referenzspannung des ADC mit 10bit Präzision 
ratiometrisch aus Vcc erzeugen kann. Das entspricht in etwa einem 
Spannungsteiler aus  0.1%Widerständen. Du kannst also eine beliebilge 
Referenzspannung per software "aussuchen".

Du brauchst also nur noch die halbe Brücke, den Zweig mit dem Pt1000.
Den kannst du jetzt so auslegen das der Spannungshub 0,5V statt 0,4V ist 
und dann ganz bequem im differential mode mit 10x Gain messen.

Das hat den weiteren Vorteil,  dass du den Messbereich dynamisch in 
Software zur Laufzeit einengen kannst um die Genauigkeit weiter zu 
erhöhen. Weißt du zb,  dass dein Messwert zwischen 25 und 75 Grad 
Celsius liegt, kannst du Vref um 0,125V erhöhen und den Gain auf 20x 
erhöhen.

Autor: MaWin (Gast)
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Thomas O. schrieb:
> Hallo ich habe folgenden Anwendungsfall und wollte mal fragen welchen
> OPAMP man dafür nehmen kann

Ja welchen denn ?

Thomas O. schrieb:
> Der Spannungeteiler besteht aus einem oberen 1 kOhm Widerstand und
> darunter sitzt ein PT1000. So erhalte ich bei 0°V 2,5V und bei 100°C
> 2,9V

Besser nicht, da heizt ja der Pt1000. Man lässt an ihm nur 0.3V.

Dietrich L. schrieb:
> Du weißt, das in diesem Fall die 2,56V Referenz ungeeignet ist?

Wenn man den Pt1000 mit Spannungsteiler aus 5  verdorgt, nimmt man 
schlauerweise auch die 5V als Referenz, rationetrisch messen.

Der OpAmp muss auf 1mV genau sein wenn man ohne Abgleich 1GradC genau 
messen will.

http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32 zeigt wie mans 
(richtig) macht.

MCP6001 wäre je nach deinen Genauigkeitsanforderungen möglich.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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habe gerade auch gesehen das dieser eine Konstandstromquelle von 100µA 
an Board hat.

Werde morgen mal meine Gedanken zu Papier bringen, also danke schonmal, 
ich werde berichten.

Autor: Zitronen F. (jetztnicht)
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Vergiss die Konstantstromquelle. Die laeuft wieder auf einen praezisen 
Widerstand hinaus.

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo,

ich hab mir seit langer Zeit wieder einmal fast alle Beiträge eines 
Blogs durchgelesen und bin enttäuscht!

Alle, inklusive Fragesteller, haben nur eine möglichst hohe Auflösung im 
Sinn und setzen sie scheinbar mit Genauigkeit gleich. Dem ist nicht so.
Auflösung und Genauigkeit sind zwei verschiede Dinge.
Wer bei der Temperaturmessung eine Auflösung von 0,1° und eine 
Genaugigkeit von einem (1°) Grad erreicht ist schon gut!

Gruss

Autor: Minimalist (Gast)
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Thomas O. schrieb:
> Da sich die Werte nicht so schnell verändern kann ich hier Oversampling
> betreiben würde gerne auf einen Auflösung von 0,1°C kommen.

Hat auch nie jemand gefordert. Der TO hat nach 0.1% Auflösung gefragt. 
Das kriegt man mit dem ATmega gut hin.

Der Mcp600x würde ohne Offsetkompensation schon durch den Offsetfehler 
1-4% Genauigkeit (bei 0.1V Hub, real noch mehr)  kosten. Intern mit dem 
avr wird es genauer.

Btw, wären 0.1Grad bei RT eine Genauigkeit von 0.1K/298K, also ~0.03%

Dennoch ist,  sorgfältiger Abgleich vorausgesetzt, eine Genauigkeit von 
besser als 1K möglich.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Temperatursensoren muss man ohnehin abgleichen, wenn man weniger als 1% 
Abweichung vom tatsächlichen Wert erreichen will.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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mir ist die Auflösung wichtig, ob die Temperatur tatsächlich 1 oder 2° 
abweicht ist nicht so wichtig, wenn ich aber alle Sensoren gleich 
kalibriert habe würde ich schon gern eine Differenz von 0,1°C 
feststellen können.

Habe heute mal ein paar Datenblätter gewälzt unter anderem auch vom 
angedachten Multiplexer 74HC4067.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd74hc4067.pdf
Dieser hat allerdings einen On Widerstand von ca. 65 Ohm(17°C), ok das 
könnte man einfach rausrechnen, aber zwischen den verschiedenen 
Multiplexeingängen kann es nochmal zu Abweichungen von fast 10 Ohm 
kommen was wieder fast 3°C Abweichung entspricht.

Im Moment sieht es für mich so aus als ob ich jeden der 16 
Spannungsteilerwerte erst verstärken müsste und dann über den 
Multiplexer zum ADC zu gehen, was ein riesen Bauteilegrab geben dürfte.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Thomas O. schrieb:
> Dieser hat allerdings einen On Widerstand von ca. 65 Ohm(17°C), ok das
> könnte man einfach rausrechnen, aber zwischen den verschiedenen
> Multiplexeingängen kann es nochmal zu Abweichungen von fast 10 Ohm
> kommen was wieder fast 3°C Abweichung entspricht.

Dann solltest du dich mit dem Thema Vierleitermessung beschäftigen. Auf 
der eigentlichen Messleitung fließt dann (so gut wie) kein Strom, 
folglich kann dir für die gemessene Spannung der Widerstand der 
Leitung/Analogschalter ziemlich egal sein.

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