Operationsverstärkerschaltung für einen elektrochemischen Sensor

[Dennis F. (dennisf)]

Hi,

Ich suche momentan eine OPV-Schaltung, welche es mir ermöglicht das 
Signal, welches der ECO-Sure-2e-Sensor (Datenblatt im Anhang) liefert, 
zu verstärken.

Der Sensor funktioniert elektrochemisch. Sprich im Sensor findet eine 
chemische Reaktion statt, welche ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses 
Signal beträgt laut Datenblatt etwa 45 nA/ppm. Der empfohlene 
Lastwiderstand ist 5 Ohm. Mein Ziel ist es bei einer CO-Konzentration 
von 150 ppm eine Ausgangsspannung von etwa 5 V zu erzielen, damit ich 
diese über einen analogen Eingang einlesen kann.

In der zweiten .pdf ist eine Beschreibung zu elektrochemischen Sensoren 
und eine empfohlene OPV-Schaltung zu finden. Ich habe jedoch noch einige 
offene Fragen:

1. Wozu dient der 10 kOhm Widerstand am (+)-Eingang?
2. Wegen diesem 10 kOhm Widerstand konnte ich bisher nicht den 
benötigten Gain-Widerstand berechnen, da mir der Strom, welcher durch 
den 10 kOhm Widerstand fließt (und damit auch die an ihm abfallende 
Spannung) unbekannt ist. (Oder beträgt dieser Strom 0 A?)
3. Wie wähle ich einen geeigneten J-FET und einen passenden OPV aus?

Vielen Dank im Voraus.

Freundliche Grüße,

Dennis

[GuruGuru (Gast)]

Also Rload = 5 Ohm. 150 ppm * 45 nA/ppm = 6,75µA. Dieser Strom fließt 
über Rgain (wenn Iopa_in -> 0) und soll 5V erzeugen. Rgain= 5V / 6,75µA= 
741K.
Um etwas Reserve zu lassen, nimmt man zB. 720K.
Warum der andere Widerstand mit 10K (Festwert) gewählt wurde, erschließt 
sich mir nicht. Den würde ich niedriger machen, oder weglassen.
Dafür zu Rgain einen parallel geschalteten Kondensator um die obere 
Grenzfrequenz abzusenken und somit das Rauschen zu reduzieren UND als 
Anti-Aliasfilter! Um einen ADC-Eingang zu treiben ist sei eine 
Treiberstufe angeraten, mindestens aber ein R-C-Glied am Ausgang des 
OPAs.
PS:
Es gibt mittlerweile deutlich bessere OPAs, z.B. ADA4522-1

[GuruGuru (Gast)]

...ach ja...
>> Wie wähle ich einen geeigneten J-FET?
Gute Frage. Z.B:
P-Kanal, Ug > +/- 5V, Kleinsignal - Id 1...10mA, |Udsmax| > 5V / < 30V:
MMBFJ176, MMBFJ177 (Source an Rload!)

[Gerald K. (geku)]

GuruGuru schrieb:
> Warum der andere Widerstand mit 10K (Festwert) gewählt wurde, erschließt
> sich mir nicht. Den würde ich niedriger machen, oder weglassen.

Vielleicht damit der invertierende und nichtinvertierene Eingang 
symetrisch beschaltet ist. Wenn beide Eingänge den gleichen 
Eingangströme fließen lassen heben sich die Spannungabfälle auf. Daher 
kleinerer Beitrag der Eingangströme zur Offsetspannung.

[GuruGuru (Gast)]

@Gerald
>> Vielleicht damit der invertierende und nichtinvertierene Eingang
symetrisch beschaltet ist...
Normalerweise ja.
Da müsste ja dann der Sensor einen dynamischen Innenwiderstand von 10K 
haben. Dann würde aber der Rload von 5 Ohm keinerlei Wirkung haben.

[Gerald K. (geku)]

GuruGuru schrieb:
> Da müsste ja dann der Sensor einen dynamischen Innenwiderstand von 10K
> haben. Dann würde aber der Rload von 5 Ohm keinerlei Wirkung haben.

Wenn ich mich an die Schulzeit richtig erinnere, dann müsste der 
Widerstand am (+) Eingang  gleich der Parallelschaltung von (Ri_Sensor + 
Rload) und Rgain am (-) Eingang  sein.