Mikrovoltmeter - einige Fragen

Christoph E. schrieb:

> funktionierte nicht perfekt, da bei sehr geringen Eingangsspannungen von
> z.B. 1 µV die Ausgangsspannung höher bzw. versetzt war z.B. 6 mV.

> Funktioniert nur bedingt. Im "höheren" Bereich ab ca. 5µV stimmen nun
> Ausgangsspannung und Eingangsspannung recht gut überein (Verstärkung =
> 1000).

hab mir die Destillation erlaubt. IMO streuen Elementarspannungen 
ein,pH-Messgeräte z.B. haben Platinelektroden - nur so eine Idee am 
Rand, kann natürlich falsch sein, ist ja nur ein Lügenforum ;)

für solche Anwendungen würde ich die OPVs nicht rail to rail betreiben.
Gib denen was leicht negatives (-1V?) an deren NegativSupply,
oder einen Virtuellen GND leicht über deinen derzeitigen GND

Vielen Dank einmal für die vielen, wertvollen Tipps.
Zur negativen Spannungsversorgung: der pin 4 des Max4238 ist dezidiert 
mit GND bezeichnet. Da werde ich wohl keine negative Spannung 
anschließen können oder?

Beim AD8551 ist das anders, bei dem ist die pin-Bezeichnung eben V-. 
Maximale Versorgungsspannung ist bei beiden OPV nur 6V, da muss ich 
natürlich auch aufpassen...

Christoph E. schrieb:
> der pin 4 des Max4238 ist dezidiert mit GND bezeichnet. Da werde ich
> wohl keine negative Spannung anschließen können oder?

Woher soll er wissen, dass die negativ ist ?

Danke für die Hinweise...
Was ich nicht ganz verstehe: warum ist pin 4 vom Max4238 dann nicht ganz 
normal mit V- oder Vss bezeichnet wie bei anderen auch?
Nachteil einer symmetrischen Spannungsversorgung wäre halt der halbierte 
Messbereich.
Aber ich werde es einmal wie vorgeschlagen mit -0.1V an Vss probieren...

@MaWin: Das weiß er natürlich nicht, aber nachdem meine Eingangssignale 
auf GND bezogen sind und der pin eben auch mit GND bezeichnet ist, 
dachte ich mir, dass ich dort nicht tiefer gehen kann.

Danke, Sebastian!

Da ich ja den 7805 schon habe, werde ich ihn dann wie abgebildet für 
+/-2.5V verwenden. Oder gäbe es mit dieser Versorgungsart Probleme?

Christoph E. schrieb:
> Da ich ja den 7805 schon habe, werde ich ihn dann wie abgebildet für
> +/-2.5V verwenden

Unsinn.

Du erzeugst mit einem 7805 ja die 5V aus einer höheren Spannung, z.B. 
9V.

Da kannst du auch gleich negative -0.7V draus machen:

1

      +----+

2

 +----|7805|-- 5V

3

+|    +----+

4

9V       |

5

-| 1N4001 |

6

 +--|<|---+--- 0V GND

7

 |

8

 +------------  -0.7V

Passende Abblockkondensatoren dazudenken.
5.7V sind für den MAX auch nicht zu viel.

Denke mal übet einen Chopper-Verstärker nach.
https://de.wikipedia.org/wiki/Chopper-Verst%C3%A4rker

Der Max4328 hat 1,5 µVpp Input Noise, das ist nicht wenig. Die 
Eingangsoffsetspannung ist nicht von großer Bedeutung, die kann man 
tarieren oder wegdrücken. Wichtiger ist die Input Offset Drift.

Ich möchte für einen erfolgreichen Einstieg in die Thematik einen 
Vorschlag machen:

Als ersten Verstärker einen PGA204. Die Verstärkung kann man per Jumper 
einstellen zwischen 2/10/100/1000. Die Input Voltage Drift ist 
akzeptabel, das Rauschverhalten auch und die Gain Drift ist sehr 
kurzzeitstabil. Leider nicht billig, kostenloses Muster anfordern. Evtl. 
AD8422 o.ä. nehmen.

Der zweite Verstärker ist schon unkritischer, da ist reichlich Auswahl.

Beide Verstärker mit ± 9 V aus Batterien speisen.

Während des Messens die Schaltung vor Zugluft schützen. Karton 
drüberstülpen.

Um eine kleine Eingangsspannungsquelle zu generieren, reicht eine 
Spannungsreferenz (aus den +9 V speisen) und ein Spannungsteiler, der 
nicht zu hochohmig ist wegen Widerstandsrauschen.

Nach dem Einschalten thermisches Gleichgewicht abwarten: 
Thermospannungen.

Damit kannst du in den Mikrovolt - Mikrokosmos vordringen.

1µV Offset ist eine Marketing-Aussage.
In der Praxis hast du Thermospannungen auf der Platine oder den 
Anschlussleitungen, die höher sind.
Außerdem musst du dich von der Vorstellung lösen, dass es die Null Volt 
gibt. Du wirst sehen, dass dein Nullpunkt nie konstant bleibt, auch wenn 
du oft abnullst.
Als einzige Abhilfe müsste die gesamte Platine in einen Temperatur 
geregelten Alublock!
Der AD8551 hat ein hohes Rauschen. Da müsstest du die Grenzfrequenz der 
Verstärkung extrem niedrig machen.
Wenn es um die Auswertung einer Messbrücke geht, gibt es die Methode der
AC-Speisung. Dann eliminieren sich Offset und Thermospannungen von 
selbst.
So machen es auch Lock-In-Verstärker.

Gerade mit Spannungen nahe null kann die Spannung auch mal negative 
sein, und sei es auch nur vom Rauschen. Da sollte man schon eine 
negative Spannung oder Virtuelle Masse nutzen. Die Version mit dem 
einfachen Widerstandsteiler geht, man muss aber ggf. aufpassen mit der 
Belastung, etwa vom Teiler für die Verstärkung. D.h. die 2x100 K sind 
schon grenzwertig hoch. Bei Versorgung aus einem Netzteil wären 2x10 K 
passender. Eine alternative sind ggf. 2 dioden oder eine LED an der 
negativen Seite - da hat man bei gleichem Strom eine niedrigere 
Impedanz. Dass die virtuelle Masse mit dem Temperatur etwas variable ist 
stört i.A. nicht.

Die auto-zero OPs mögen eine gute Abblockung der Versorgungsspannung, 
denn in den Schaltphasen geht es recht schnell zu, auch wenn die 
Bandbreite der OPs klein ist.

Der Eingang sollte etwas Schutz und HF Filter haben. Manche der OPs 
reagieren auf eine Veränderung der Kapazität am Eingang, vor allem wenn 
die Signalquelle nicht so niederohmig ist.

Die sicherlich beste Möglichkeit: Nimm einen differentiellen 24Bit-ADC 
mit einem PGA / 128-fach Buffer/Vorverstärker!
Den -Eingang (Mess-GND) hängst du auf Uref-halbe.
Da kommst du selbst bei 5V Referenz auf eine Auflösung von 5nV!
UND er hat auch gleich einen digitalen Teifpass drin.
Z.B. AD7190: 9nVeff Rauschen!
Oder ADS1235 mit 42nVpp Rauschen...
PS:
>> Die geringen Eingangsspannungen habe ich über einen gewöhnlichen
Spannungsteiler (1kOhm / 1 GOhm) gelöst...

So wird das eh' nix!
Entweder du nimmst sau teure, schwer zu beschaffende 
höchst-Präzisionswiderstände (TK 0,2ppm)
ODER du kaskadierst matched Widerstandsnetzwerke
(in einem Gehäuse) z.B. mehrere LT5400-3 (1/41) hintereinander.
Aber auch dabei hast du die Thermospannungen!
Mit einem digitalen Funktionsgenerator kannst du noch recht stabil
100mV ausgeben - wenn er auch DC macht.

Vielen Dank für die vielen, konstruktiven Hinweise und Vorschläge...

Ich probiere das einmal mit der Diode im GND-Pfad des 7805 aus und 
berichte dann. Mit den bisherigen Ergebnissen kann ich dann euren 
Schilderungen zufolge eh schon glücklich sein. Wie gesagt, so schlecht 
funktioniert das Ganze eh nicht bis auf den nicht zu eliminierenden 
offset bei Spannungen < 5µV.

So, habe nun die Spannungsversorgung der beiden OPV abgeändert und bin 
mit dem Ergebnis nun eigentlich zufrieden. Ausgangsspannung in mV folgt 
sehr schön der Eingangsspannung in µV.

Das Multimeter am Ausgang stelle ich aber lieber auf V mit 1mV 
Auflösung, dann ist die Anzeige stabil. Im mV-Bereich mit 0.1mV 
Auflösung schwankt sie doch deutlich stärker. Aber wirklich kleinere 
Spannungen als 1µV habe ich eh nicht vor damit zu messen.

Vielen Dank nochmals für eure Unterstützung...