Hallo, ich muss ein Signal aus dem µV Bereich Verstärken damit es in dem
Bereich von 0-10 Volt kommt. Wie stelle ich das an? Ich benötige da ja
einnen nicht invertierenden OPV. Aber benötige ich da nur einen oder
muss ich da mehrerer OPV's hintereinanderschalten? Und wenn ja wie sieht
da so ein Schaltbild aus?
Ich kenne mich in ET eigentlich gar nicht aus aber ich müsste nur eine
grobe Skizze ausarbeiten damit ich dies richtig verstehe :)
Benötige ich für so eine Verstärung von einem Faktor von 1.000.000 nur
einen OPV? Sähe da eine Skizze da so wie das Bild im Anhang aus?
Danke und LG,
Jasmin
Oh, das ist eine harte Karte...
Du wirst das nicht mit einem OPV erreichen können, sondern mehrere
Stufen
kaskadieren müssen. Es gibt extra sog. "Zero-Drift" OPV für solche
Sachen, denn die Drift eines normalen OPV ist schon höher als Dein
Meßsignal. Hier hat sich schon mal einer an einer ähnlichen Aufgabe
verbraucht, da kannst Du Anregungen lesen:
Beitrag "Gesucht geeigneter OPV für Verstärkung von µV einer Thermosäule"
Jasmin N. schrieb:> Hallo, ich muss ein Signal aus dem µV Bereich Verstärken damit es> in dem> Bereich von 0-10 Volt kommt. Wie stelle ich das an? Ich benötige da ja> einnen nicht invertierenden OPV.
Na ja, 1 Mio ist eine Menge, welche Frequenz hat denn das Signal ?
Man setzt besser x1000 und x1000 hintereinander.
Aber letztlich kommt es auch die benötigte Messgenauigkeit an.
Mit der Leerlaufverstärkung (der Eingangsspannungsdifferenz des OpAmps)
von 10 Mio wird aus z.B. 5uV am +In Eingang raufgeregelt bis der -In
Eingang auf 4.55uV kommt, dann liegen 0.45uV zwischen beiden Eingängen,
macht mit 10 Mio 4.55V am Ausgang, und das reicht, sind aber knapp 10%
Abweichung vom Messwert.
Ausserdem liegen 10uV Vollausschlag in der Nähe der
Eingangsfehlerspannung eines OpAmp, selbst die besten (TLC2652)
erreichen nicht 1uV, so was wie ein LMP2021 hat schon 5uV, also 50%
Fehler. Dein Signal ist also zu klein, um es sinnvoll verstärken zu
können.
Bleiben die Zuleitungen der Bauteile, Kupfer mit Blei verlötet macht
schon 13.5uV wenn eine Lötverbindung 'Hinleitung' nur 1 GradC wärmer ist
als die
andere 'Rückleitung', und ruiniert dir deinen Messwert (Thermoelement).
Solche Spannung zu messen, womöglich noch mit einer Auflösung von 1/1000
also 10nV, ist also eine hohe Kunst, bei deinem Kenntnisstand kannst du
das einfach VERGESSEN.
Michael B. schrieb:> Solche Spannung zu messen, womöglich noch mit einer Auflösung von 1/1000> also 10nV, ist also eine hohe Kunst, bei deinem Kenntnisstand kannst du> das einfach VERGESSEN.
Auch Scheitern ist sehr lehrreich!
Man kann dabei sehr viel lernen, aber man sollte mit kleinen
Verstärkungen anfangen.
So könnte der Verstärker ausschauen, aber der LM358 ist dafür ungeeignet
und du wirst massiv die Offsetprobleme bekämpfen müssen. AC ist deshalb
einfacher in den Griff zu bekommen.
Beitrag "Re: OPV bzw Verstärker mV-V"
Jasmin N. schrieb:> Benötige ich für so eine Verstärung von einem Faktor von 1.000.000 nur> einen OPV?
Grundsätzlich nein. Viele haben zwar eine Leerlaufverstärkung von bis zu
1e6, aber dann kann man nur ein paar Hz verstärken.
> Sähe da eine Skizze da so wie das Bild im Anhang aus?
ja, eine Stufe sieht prinzipiell so aus.
Jasmin N. schrieb:> muss ich da mehrerer OPV's hintereinanderschalten? Und wenn ja wie sieht> da so ein Schaltbild aus?
Du kannst mehrfach das oben gezeigte Schaltbild hintereinander hängen.
Bei zweien mit je 1000 Verstärkung, bei dreien mit je 100 Verstärkung.
Die Faktoren multiplizieren sich.
Aber glücklich wirst du damit nicht. 1µV Offset am Eingang liefern dir
1V Offset am Ausgang. Wenn du AC-Signale (welche Frequenz?) verstärken
willst, kann man das leicht mit Koppel-Cs reduzieren, bei DC wird dein
Ausgangssignal quasi ein Zufallsgenerator.
Und wenn du nicht perfekt aufbaust, dann werden eingekoppelte
Störsignale um ein vielfaches größer sein als dein Nutzsignal.
Abgesehen davon musst du erst mal einen OPA finden, bei dem weit
unterhalb vom Nutzsignal das eigene Rauschsignal liegt und der praktisch
Null Offset produziert.
Ich werfe mal den OPA388 (oder OPA2388) von TI ins Rennen
- Ultra-low offset voltage: ±0.25 μV
- Zero drift: ±0.005 μV/°C
- Low noise: 7.0 nV√Hz at 1 kHz
https://www.ti.com/product/OPA388
JASMIN schrieb:> Danke soweit für eure rührenden Bemühungèn, aber ich verstehe nur> Bahnhof......
Dann würde ich erstmal kleine Brötchen Backen und mit was einfacherem
anfangen. Solche Spannungen verstärkt man für gewöhnlich auch nicht so
stark. Eher wenig und dafür genau messen.
Ich würde es mit OPVs versuchen, die zur Verstärkung von Nervenströmen
dienen EEGs , z.B. INA2126PA. Im beiliegenden DB wird in Figure 2
gezeicht wie die Eingangsoffsetspannung kompensiert werden kann. Wichtig
ist eine niedrige Drifft dieser Spannung und ein niedriges Rauschen.
JASMIN schrieb:> Danke soweit für eure rührenden Bemühungèn, aber ich verstehe nur> Bahnhof......
Jaja -schon klar. Da Du aber nicht die Autorin des Threads bist, ist das
völlig Rille, was Du verstehst.
Drifting away from Arbeitspunkt schrieb:> Da Du aber nicht die Autorin des Threads bist...
Ach jaa, jetzt sehe ich das erst. Dann habe ich das wohl falsch
beobachtet. Sorry :/
Vielen Dank für die Antworten. Ihr habt mir schon weitergeholfen :) In
etwa so wie in dem Post von "Ach Du grüne Neune" hab ich es mir auch
vorgestellt
Ich habe mir eine kleine Skizze angefertigt. Könnte in so etwa die
Schaltung aussehen? Mir geht es nicht darum dass alles perfekt
abgestimmt und berücksichtigt sein muss. Ich möchte nur ein besseres
Verständnis für solche Schaltungen bekommen. Ich habe angenommen dass
das Signal von 25µV auf einen Bereich von 0-10 Volt verstärkt werden
soll.
Wäre froh über eine kurze Rückinfo.
LG,
Jasmin89
Jasmin N. schrieb:> Mir geht es nicht darum dass alles perfekt> abgestimmt und berücksichtigt sein muss.
Na ja, wenn du die ganzen Details wie Thermospannungen, Offset,
Bandbreite oder Drift nicht berücksichtigen willst, dann stimmt das so
in etwa.
Nur dass dann dein Fehler mit ein bischen Pech bei deutlich mehr als
100% liegt.
Udo S. schrieb:> Na ja, wenn du die ganzen Details wie Thermospannungen, Offset,> Bandbreite oder Drift nicht berücksichtigen willst, dann stimmt das so> in etwa.
Och nö.
Er nun wieder...
Daß die Formel für die Berechnung der Verstärkung eines
nichtinvertierenden OPV falsch ist, das stört Dich gar nicht?
@Jasmin
V= 1+(R2/R1)
Wobei R2 der Kollege vom Ausgang zum nichtinvertierenden Eingang ist.
Du kannst auch einen der beiden Widerstände mit einem geraden Wert
vorgeben und erhältst dann nur beim 2. so schräge Werte, bei denen Du
stückeln mußt.
Bei den kleinen Spannung und dann Rauschquellen in Form von 990k
Widerständen: du wirst dein Signal im Rauschen nicht finden können ....
Udo S. schrieb:> Bandbreite
Bei einer geplanten Verstärkung von max. 100 pro Stufe wird sie noch
immer einige zig kHz sein - über die erforderliche Bandbreite stand noch
nichts in den Anforderungen von Jasmin.
Jasmin N. schrieb:> IMG_0765.jpg
U_Ax als Variablenname für eine Verstärkerung ist schon arg
gewöhnungsbedürftig.
Warum hast du dich im Alphabet nicht einen Buchstaben weiter getraut?
Jasmin N. schrieb:> Mir geht es nicht darum dass alles perfekt> abgestimmt und berücksichtigt sein muss
Das wird aber nötig sein. Denn der erste OPA wird seinen eigenen
Eingangs-Offset bereits um Faktor 100 verstärkern. Mal angenommen, das
wären handelsübliche 5mV, dann sind es an dessen Ausgang schon 500mV.
Der zweite Verstärker bräuchte dann schon eine Versorgungsspannung über
50V damit dieser Offset ihn nicht in die Sättigung treibt. Und der
dritte OPA hat eh keine Chance mehr, seinen Zweck zu erfüllen.
Drifting away from Arbeitspunkt schrieb:> V= 1+(R2/R1)
Das ist doch die gleiche Formel die Jasmin auch verwendet hat, nur eben
in einer anderen Schreibweise. Es kommt in beiden Fällen das gleiche
Ergebnis raus (Die Schrift kann ich nur nicht so gut entziffern).
V= (R2 + R1)/R1
Jasmin N. schrieb:> Mir geht es nicht darum dass alles perfekt> abgestimmt und berücksichtigt sein muss.
Wenn Du wirklich Spannungen im µV-Bereich verstärken willst,
muss schon "alles perfekt abgestimmt" sein. Die Schaltung ist
da eher unwichtig. Viel wichtiger ist die Auswahl geeigneter
Bauelemente und der richtige Aufbau. Ich hab das Buch zwar
nicht selbst gelesen, aber bei "The Art of Electronics" von
Horowitz/Hill findet man da wohl einige wichtige Hinweise.
Ach Du grüne Neune schrieb:> Drifting away from Arbeitspunkt schrieb:>> V= 1+(R2/R1)>> Das ist doch die gleiche Formel die Jasmin auch verwendet hat, nur eben> in einer anderen Schreibweise. Es kommt in beiden Fällen das gleiche> Ergebnis raus (Die Schrift kann ich nur nicht so gut entziffern).>> V= (R2 + R1)/R1
Ist doch normal das sich hier Leute rumtreiben die nicht verstehen was
sie machen. Die Formel von Wikipedia zu nutzen ist das eine sie zu
verstehen ist was gang anderes. Außerdem ist Formeln umstellen doch eine
hohe Wissenschaft wie kannst du verlangen das das jemand kann....
1. Stufe, Verstärkung um Faktor 2, Zero-Drift, etc.
2. Stufe, Verstärkung um Faktor 5
3. Stufe, Verstärkung um Faktor 10
4. Stufe, Verstärkung um Faktor 100
5. Stufe, Verstärkung um Faktor 100
Die ersten beiden Stufen müssen recht gute OPVs sein, präzise im
uV-Bereich. Wenn Du im mV-Bereich bist, ist die Qualität der verwendeten
OPVs nicht mehr so tragisch.
Du kannst die Schaltung mit einem Einfach-OPV (Low-Offset) und einem
Vierfach-OPV (Low-Drift) aufbauen. Oder exemplarisch von Analog Devices:
ADA4523-1 für die ersten beiden Stufen, kostet unter 1 Euro. Ist ein
superneuer OPV. Im Nachgang dann weiter verstärken mit ADA4522-4.
Generell gibt es die besseren OPVs nicht so sehr in
vierfach-Kombinationen, meistens als einzelnen oder Doppel-OPV. Wirst
also mehrere ICs brauchen.
Meine praktischen Erfahrungen gehen hinunter bis auf 10uV. Das war schon
recht schwierig.
Ach Du grüne Neune schrieb:> Das ist doch die gleiche Formel die Jasmin auch verwendet hat, nur eben> in einer anderen Schreibweise. Es kommt in beiden Fällen das gleiche> Ergebnis raus (Die Schrift kann ich nur nicht so gut entziffern).>> V= (R2 + R1)/R1
Das stimmt schon, nur in ihrem Schaltplan hat sie die Widerstände falsch
eingetragen - R1 und R2 sind jeweils vertauscht. So machen die Stufen
nur ein klein wenig mehr als v=1.
HildeK schrieb:> R1 und R2 sind jeweils vertauscht.
Jaa, so rum wird ein Schuh daraus. Jetzt kann ich die Schrift auch
besser entziffern. Danke.
990k und 10k für OPV1 & OPV2 (je v=100)
39k und 1k für OPV3 (v=40)
Harald W. schrieb:> Wenn Du wirklich Spannungen im µV-Bereich verstärken willst,> muss schon "alles perfekt abgestimmt" sein. Die Schaltung ist> da eher unwichtig. Viel wichtiger ist die Auswahl geeigneter> Bauelemente und der richtige Aufbau.
Besser wäre, ein Konzept zu wählen, bei dem man nicht schon aus Prinzip
mit Problemen zu kämpfen hat und sich nicht auch noch Gedanken um den
Temperaturausgleich zwischen den Anschlussstellen machen muss.
Jeder Radioempfänger mach einem vor, wie man Spannungen im µV-Bereich
relativ komplikationslos verstärken kann. Das Geheimnis ist eine von 0
verschiedene Trägerfrequenz.
Was ist das für ein Signal, dass da verstärkt werden muss?
Der müde Joe schrieb:> 1. Stufe, Verstärkung um Faktor 2, Zero-Drift, etc.> 2. Stufe, Verstärkung um Faktor 5
Und warum das? Warum nicht eine einzelne Stufe mit Verstärkung 10?
> 3. Stufe, Verstärkung um Faktor 10
Oder gleich die ersten 3 Stufen zusammenfassen zu einer mit V=100?
> 4. Stufe, Verstärkung um Faktor 100> 5. Stufe, Verstärkung um Faktor 100
Hier siehst du es ja auch als machbar an.
> Die ersten beiden Stufen müssen recht gute OPVs sein, präzise im> uV-Bereich.
Eine etwas schwammige Aussage. Wichtig ist, daß der erste OPV eine
geringe Offsetspannung hat und vor allem eine geringe Offsetdrift. Ein
Zero-Drift OPV ist IMHO Pflicht. Der hat dann auch gleich eine geringe
absolute Offsetspannung.
Axel S. schrieb:> Wichtig ist, daß der erste OPV
Wichtig ist auch, dass der erste OPA eher viel verstärkt, denn nur dann
kannst du den Rauschbeitrag der aktiven Elemente gering halten. Es mag
sein, dass man beim ersten dann etwas zurückhaltend ist, wenn hohe
Verstärkung auch große Widerstände (Widerstandsrauschen) bedeutet. Da
gibt es sicher ein Optimum.
Aber v=2 für die erste Stufe erscheint mir auch viel zu wenig, da sollte
'der müde Joe' noch den Grund nennen, wie er zu dem Vorschlag kommt ...
Ich schon interessant, wie ihr eine unklar gestellte Frage so zu
beantworten versucht.
Hat denn die TO-In eigentlich schon mal erwähnt, was für ein Signal das
überhaupt ist? Auser von der Größe des Signals wurde doch bisher nichts
weiter gesagt, oder?
Jens G. schrieb:> Hat denn die TO-In eigentlich schon mal erwähnt, was für ein Signal das> überhaupt ist?
Wozu. Jasmin hat ihr Zeug so in ihre Ausaurbeitung geschrieben, und die
chinesischen Elektroniker die jetzt das Pflichtenheft der deutschen
Mutterfirma umsetzen sollen, schütteln wieder verzweifelt den Kopf ob
der Inkompetenz und weltfremden Ahnungslosigkeit der Leute, die in
Deutschland leben und arbeiten, und wissen, dass sie wieder selbst die
Kuh vom Eis holen müssen.
