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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPAMP Differenzverstärker - max. Einganggsspannung?


Autor: DasGehirn (Gast)
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Hallo!

Ich möchte einen Differenzverstärker aufbauen um damit den 
Spannungsabfall an einem MOSFET zu messen. Die Verstärkung ist 5, wobei 
ich die Widerstandswerte 10k und 50k verwende. Als OP werde ich einen 
TS321 einsetzen.

Am nicht invertierenden Eingang liegt eine Spannung von 12V, am 
invertierenden Eingang 11.5V, je nach Spannungsabfall am MOSFET.
In diesem Fall wäre die Spannung an den Eingängen (IC Pins) etwa 9.96V 
bzw. 9.93V. Die Differenzspannung beträgt folglich etwa 30mV.

Der OP wird mit einem Single-Supply von 5V versorgt. Darf die Spannung 
an den Eingängen überhaupt größer als die Versorgungsspannung sein?

Im Fehlerfall kann es jedoch passieren, dass am nicht nicht 
invertierenden Eingang eine Spannung von 0V anliegt und am 
invertierenden Eingang 35V. Am Eingang des ICs würde dann 26V 
Differenzspannung anliegen.

Darf die Spannung am invertierenden Eingang überhaupt größer als am 
nicht invertierenden Eingang werden?


lg
Mike

Autor: Jörn Paschedag (jonnyp)
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Eingangsspannungen müssen immer innerhalb der Versorgungsspannungen 
liegen!

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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DasGehirn wrote:
> Der OP wird mit einem Single-Supply von 5V versorgt. Darf die Spannung
> an den Eingängen überhaupt größer als die Versorgungsspannung sein?

Steht im Datenblatt deines OpAmps, üblicherweise: NEIN, und es muss 
sogar noch ein "Sicherheits-Abstand" zu der Betriebsspannung eingehalten 
werden

> Im Fehlerfall kann es jedoch passieren, dass am nicht nicht
> invertierenden Eingang eine Spannung von 0V anliegt und am
> invertierenden Eingang 35V. Am Eingang des ICs würde dann 26V
> Differenzspannung anliegen.

Siehe oben, dann isser kaputt.

> Darf die Spannung am invertierenden Eingang überhaupt größer als am
> nicht invertierenden Eingang werden?

Ja, solange innerhalb der Betriebsspannung.

Autor: DasGehirn (Gast)
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Ist nicht die Differenzsspannung der ausschlaggebende Punkt?
Muss die Spannung an den Eingängen (gemessen zu Masse) innerhalb der 
Versorgungsspannung liegen oder nur die Differenzsspannung zwischen den 
beiden Eingängen?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Ok, nochmal deutlich: an KEINEM PIN darf eine Spannung anliegen die 
kleiner als die Negative Betriebsspannung (GND bei dir) und der 
Positiven Betriebsspannung (+5V bei dir) ist.
Dadurch kann die Differenzspannung max. +/- 5V betragen.

Autor: HildeK (Gast)
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Jetzt lass dirs doch sagen:
>Muss die Spannung an den Eingängen (gemessen zu Masse) innerhalb der
>Versorgungsspannung liegen
JA

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Alter Trick:
Eingangsspannungen mit Spannungsteilern z.B. 10:1 soweit verkleinern, 
bis diese im zulässigen Eingangsspannungsbereich liegen und dann erst 
mit dem
Differenz-Verstärker (OpAmp) weiterverarbeiten.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Ok, hab mir mal das Datenblatt durchgelesen:

kleine Fußnote zwischendrinn:
3. The input common-mode voltage of either input signal voltage should 
not be allowed to go negative by more than 0.3V. The upper end of the 
common-mode voltage range is Vcc+ - 1.5V, but either or both inputs can 
go to +32V without damage.


Bei deiner Konfiguration kannst du also Spannungen von -0.3V bis 3.5V an 
die Eingänge legen, wenn du noch sinnvolle Ergebnisse willst. Der Chip 
geht aber nicht kaputt, wenn du 32V anlegst.

Dran denken: Das ist bei DIESEM OpAmp so, beim nächsten kann das wieder 
anders sein, also besser immer das Datenblatt vor dem Löten genau 
studieren...

Autor: DasGehirn (Gast)
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Vielen Dank! Diese Info hilft mir zwar, aber nicht bei meinem Problem.

Hat jemand eine Idee, wie ich meine Schaltung aufbauen kann?

Autor: Izmir Übel (Gast)
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Es ist alles gesagt, was zu sagen war...
Alle Fragen, die Du gestellt hast, sind beantwortet.
Wir können Dir nicht mehr helfen, Schatzi.

Vielleicht malt Dir jemand jetzt noch die Schaltung auf.

Autor: DasGehirn (Gast)
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Schatzi? Haben wir miteinander gepennt oder wie? Ich denke nicht, dass 
du das Recht hast mich Schatzi zu nennen...

Es sind nicht alle Fragen beantwortet... Eine Schaltungsidee hat noch 
keiner geäußert! Was ich bis jetzt weiß ist, dass meine Schaltungsidee 
nicht funktioniert. Unter Umständen hat jemand ja schon mal so etwas 
gemacht und gibt mir ein paar Ideen.
Vielleicht habe ich auch das Problem noch nicht ganz verständlich 
erklärt. So trivial wie es für manch einen scheinen mag, ist es sicher 
nicht.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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> Es sind nicht alle Fragen beantwortet... Eine Schaltungsidee hat noch
> keiner geäußert!

Bernd G. wrote:
> Alter Trick:
> Eingangsspannungen mit Spannungsteilern z.B. 10:1 soweit verkleinern,
> bis diese im zulässigen Eingangsspannungsbereich liegen und dann erst
> mit dem
> Differenz-Verstärker (OpAmp) weiterverarbeiten.

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Es gibt Leute, die sich hier nicht mal anmelden, Wünsche äußern, dreiste
Behauptungen aufstellen und verlangen, daß sie ohne jegliche 
Eigeninitiative zu einer geprüften und produktreifen Schaltung gelangen.
Ich glaube nicht, daß man so für seine privaten? Belange Hilfe erzwingen 
kann.

Ich wage zu behaupten, daß alle Antworten bis jetzt hier richtig waren.
Wenn sie für den TO unverständlich sind, gibt es Bücher.

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Das Problem ist im übrigen trivial.

Autor: reiner (Gast)
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Es gibt sogenannte Over the Top Opamps, da darf die Spannung an den 
Eingängen außerhalb der Versorgungsspannungnen liegen.

Ein Beispiel ist der LT1638, Datasheet im Anhang...

mfg

Autor: Christian R. (supachris)
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Current Sense Amplifier nennt sich das Zauberwort. Schau bei dem 
Schaltkreishersteller deiner Wahl nach, da gibts genug.

Autor: DasGehirn (Gast)
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@Bernd G:
Ich suche nach einer Idee, nicht nach einer produktreifen Schaltung. 
Abgesehen davon hat meine Eigeninitiative damit angefangen, dass ich 
mich hier durchs Forum gewühlt habe und meine Frage gestellt habe. Ob 
diese Initiative nun ausreichend war und von dir akzeptiert wird oder 
nicht, will ich hier gar nicht diskutieren.
Wen habe ich gezwungen? Könnte mich nicht daran erinnern, dass ich 
jemandem meine Knarre an den Kopf gedrückt habe.

Mit einem Widerstandsteiler geht es schon mal nicht... Nehmen wir an, 
ich muss im besten Fall unterscheiden können, ob am Mosfet 500mV oder 
100mV abfallen. Die Versorgungsspannung des Mosfet liegt im Bereich 8 
bis 16V. Berechnet man den Worst Case mit 1% Widerständen bleibt nur 
noch eine minimale Spannungsdifferenz über. Soweit so gut, mit einem 
Differenzverstärker alles kein Problem. Beachtet man auch 
Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen, kann es passieren, 
dass sich die Widerstandswerte so weit verändern, dass schlussendlich 
gar keine Spannungsdifferenz mehr über ist...


@Christian R: Genau so etwas habe ich gesucht. Ein TSC101 würde 
beispielsweise schon für meine Anwendung funktionieren. Vielen Dank für 
deine konstruktive Unterstützung!!!

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Es ist riskant sich DasGehirn zu nennen, das könnte Trolle auf den Plan 
rufen. :-)
Du bist noch etwas grün und unbeherrscht, das könnte Dir eventuell bei 
Deinem Boß mal unangenehm aufs Bein fallen.

> Spannungsabfall an einem MOSFET zu messen. Die Verstärkung ist 5, wobei
> ich die Widerstandswerte 10k und 50k verwende. Als OP werde ich einen
> TS321 einsetzen.

Du gibst vor, einen bestimmten OV einsetzen zu wollen - dann ist der 
Spannungsteiler o.k. Über die zulässigen Toleranzen der Widerstände habe 
ich nichts gesagt, die solltest Du anhand Deiner Randbedingungen selbst 
bewerten können.
Temperaturschwankungen an den Widerständen sind nicht das Problem, da 
bei gleicher Dimensionierung beider Spannungsteiler gleichlaufende 
Driften entstehen.
Wenn Du Dir das Innenleben der Current Sense Amps ansiehst, entdeckst Du 
in den meisten Fällen eben genau diesen Spannungsteiler.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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> Mit einem Widerstandsteiler geht es schon mal nicht...

1. Es gibt auch Widerstände besser als 1%.
2. Da es offensichtlich ein Hobbyprojekt und kein Serienprodukt ist, 
kann man sich auch die Mühe machen, und die Widerstände passend 
ausmessen.

Und selbst wenn der Vorschlag von Bernd für dich partout nicht in Frage 
kommt, hast du trotzdem keinen Grund gehabt rumzumosern:
"Eine Schaltungsidee hat noch keiner geäußert!"

Autor: DasGehirn (Gast)
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@Bernd G: Wovon sprichst du eigentlich? Grün und unbeherrscht? Langsam 
kommt mir vor du schreibst nur um einfach irgendwas von dir zu geben. 
Was ist bei meinen Aussagen und Kommentaren unbeherrscht? Du machst hier 
Äußerungen die kann ein rational denkender Mensch einfach nicht 
verstehen.
Temperaturschwankungen, Toleranzen, Alterserscheinungen etc. sind wohl 
Randbedingungen, die zu bedenken sind. Wenn es mit herkömmlichen 
Widerständen funktionieren soll, dann geht die Lösung mit einem 
Spannungsteiler nur wenn man beide Augen zu drückt.
Übrigens, es macht einen Unterschied ob man integrierte Widerstände in 
einem IC hat oder extern beschalten muss.

Vielleicht hätte aber deine Antwort anders ausgesehen, wenn ich anfangs 
nicht großspurig gemeint hätte, ich will einen bestimmten OP nehmen...


@Stefan Ernst: Klar, aber Ausmessen per Hand kommt in meinem Fall nicht 
wirklich in Frage. Widerstände < 1% ist logistisch (will ich jetzt mal 
nicht weiter erklären) ist nicht drinnen.



Meine Frage: Hat jemand eine Idee, wie ich meine Schaltung aufbauen 
kann?

Antwort: Es ist alles gesagt, was zu sagen war...
Alle Fragen, die Du gestellt hast, sind beantwortet.
Wir können Dir nicht mehr helfen, Schatzi.

Meine Antwort: Es sind nicht alle Fragen beantwortet... Eine 
Schaltungsidee hat noch
keiner geäußert!


Wo ist jetzt das Problem? Meine Feststellung war lediglich, dass NICHT 
alle Fragen beantwortet waren, denn die Frage nach der Schaltung/Idee 
blieb offen.

Autor: Christian R. (supachris)
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DasGehirn wrote:

> Meine Antwort: Es sind nicht alle Fragen beantwortet... Eine
> Schaltungsidee hat noch
> keiner geäußert!

Wieso auch? Dafür wirst du doch bezahlt. Wir haben Dir genug Tipps 
gegeben, wie man es anpackt, das in eine Schaltung umzusetzen ist dann 
Dein Job.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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Bernd hatte dir eine konkrete Schaltungsidee genannt. 4 Posts später 
sagst du: "Eine Schaltungsidee hat noch keiner geäußert!".

Für mich ist es schon ein Problem, wenn du den konkreten Vorschlag von 
jemanden, der dir schließlich weiterhelfen will, einfach als "nicht 
existent" deklarierst.
Mag ja sein, dass der Vorschlag für dich nicht in Frage kommt, aber dann 
zu sagen, du hättest noch gar keinen Vorschlag bekommen, war einfach 
nicht angebracht.

Autor: Stefan Ernst (sternst)
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Noch was Fachliches:

> Temperaturschwankungen, Toleranzen, Alterserscheinungen etc. sind wohl
> Randbedingungen, die zu bedenken sind. Wenn es mit herkömmlichen
> Widerständen funktionieren soll, dann geht die Lösung mit einem
> Spannungsteiler nur wenn man beide Augen zu drückt.

Bei halbwegs geeigneter Platzierung wirken sich Temperaturschwankungen 
auf die Widerstände gleich aus -> keine Änderung der Differenzspannung.
Und wenn die Widerstände alle vom gleichen Typ sind, sehe ich auch 
nicht, warum sie wesentlich unterschiedlich altern sollten.

Die Lösung mit Spannungsteiler und einfachem Differenzverstärker hat 
allerdings ein Problem, was viel eher dazu geeignet ist, diese Lösung 
abzulehnen. Dass von dir statt dessen Toleranzen und 
Temperaturschwankungen genannt werden, zeigt einmal mehr, dass du für 
deinen Wissensstand einfach etwas zu großspurig auftrittst.
Das ist der Hauptgrund, warum dir hier ein gewisser Wind entgegen 
weht.

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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@ Stefan

> Die Lösung mit Spannungsteiler und einfachem Differenzverstärker hat
> allerdings ein Problem, was viel eher dazu geeignet ist, diese Lösung
> abzulehnen.

Das ist absolut korrekt!

> Dass von dir statt dessen Toleranzen und
> Temperaturschwankungen genannt werden, zeigt einmal mehr, dass du für
> deinen Wissensstand einfach etwas zu großspurig auftrittst.
> Das ist der Hauptgrund, warum dir hier ein gewisser Wind entgegen
> weht

So ist es!

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