Strom messen mittels Differenzverstärker

[jan_w]

Hi,

um einen speziellen Sensor auszuwerten muss ich Ströme in der Größenordnung von 0,1-0,55mA messen. Dies versuche ich mit Operationsverstärkern (LM358), die als Differenzverstärker (Verstärkung 8200 fach) beschaltet sind (siehe Anhang). Zum Testen der Schaltung verwende ich statt dem Sensor im Moment einen 22k Widerstand, der bei 5V einen Strom von etwa 0,2mA fließen lassen sollte. Am Ausgang des Operationsverstärkers messe ich jedoch -5V. Was mache ich falsch?

[PICture]

Hallo jan_w!

Es gibt viele Möglichkeiten. Die Schaltung muss in der Praxis dem Schaltplan nicht gleich sein. Hat der LM überhaupt +5V ? Oder die offset Spannung des LM ist grösser als die 0,2 mV auf dem shunt. Dann must Du anderen OpAmp mit Einstellmöglichkeit des offsets nehmen oder Nullabgleichschaltung zufügen.

MfG

[kalledom]

Hallo jan_w,
der Input-Offset des LM358 liegt typisch bei 2mV.
Wieviel Volt fallen bei 5V an 22K und 1Ohm in Reihe jeweils ab ?
I = U / Rg = 5V / 22.001 = 0,000227262397163765283396209263215308 A
U1 = R1 * I = 22.000 * 0,000227.... = 4,999772737602836234716603786 V
U3 = R3 * I = 1 * 0,000227.... = 0,000227262397163765283396209263 V
Da nützt es auch nichts, das Ganze mit 820.000Ohm / 100Ohm = 8.200 als Verstärkungsfaktor wieder verstärken zu wollen. Vermutlich verstärkst Du einen negativen Offset. Bei dem Verstärkungsfaktor reicht da schon -0,61mV, damit am Ausgang -5V rauskommen.
Ich würde Dir empfehlen, die unterschiedlichen Dimensionen etwas anzupassen, mindestens um den Faktor 1000.

[Manf]

Ein Ende des Widerstands an dem die Spannung (nach Verstärkung) gemessen werden soll liegt auf Masse.
Das vereinfacht die Aufgabe. Es ist dann kein Differenzverstärker erforderlich, sondern ein einfacher Verstärker, beispielsweise ein nicht-invertierender Verstärker.
Manfred


Bild 1 aus https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker

[jan_w]

Die Offsetspannung wird das Problem sein. Daran habe ich nicht gedacht...

Ein Ende des Widerstands an dem die Spannung (nach Verstärkung) gemessen werden soll liegt auf Masse.
Das vereinfacht die Aufgabe. Es ist dann kein Differenzverstärker erforderlich, sondern ein einfacher Verstärker, beispielsweise ein nicht-invertierender Verstärker.
Manfred


Bild 1 aus https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker
Das ist richtig. In fertigen Schaltung muss ich jedoch auch den Strom am anderen Shunt messen (die Ströme werden sich unterscheiden), wozu ich, soweit ich weiß, einen Differenzverstärker brauche. Beim Versuchsaufbau habe ich, warum weiß der Teufel, den anderen Shunt genommen.

Danke für die schnelle Hilfe, ich bestelle jetzt andere opamps (OP07) und probiere es damit.

[PICture]

Hallo jan_w!

Wenn Du die Summe oder Diferenz der Ströme messen willst, dann brauchst Du 2 OpAmps pro Sensor. Einer davon wird als Differenzverstärker die Spannung auf dem an +5V angeschlossenem Shunt in eine Spannung gegen GND wandeln und der Zweite wird diese Spannung mit der Spannung aus dem mit GND verbundenem Shunt addieren oder substrahieren.

Optimal wäre, wie der kalledom schon erwähnt hat, die Resistanz der Shunts zu erhöhen und die benötigte Verstärkung zu verkleinern. Das ist natürlich von der benötigter Genauigkeit abhängig. Beispielweise wenn die Genauigkeit 1 % ist, dann darf der gesamte Shunt 22k/100=220 Ohm, also 2x110 Ohm sein, und die gesamte Verstärkung statt 8200 nur ca. 75 seien muss.

MfG

[ahzaidi]

Hallo
Ich muss < 1Amp. Wechselstrom bei 56KHZ messen dafür benötige ich sensor, Aktiv Tiefpass Filter, 12bit Ad Wandler mit serielle Schnittstelle (damit ich gemssenes Strom im Compu-ter sehe).
Genauigkeit 2%
Könnte jemand helfen wie sollte Schaltung bauen und was für Sensor/Current transformer/Shunt Wider-stand usw. geeignet ist (inter Widerstand <0.6 ohm)

Bitte Antworte unter
Arif.Zaidi@gmx.de

[jan_w]

Hallo,

hat zwar etwas gedauert, weil noch Probleme mit der Mechanik zu lösen waren, aber jetzt hatte ich jedoch endlich Zeit zu löten.

Die Shunts sind jetzt 100 Ohm groß, die Widerstände der Spannungsteiler 1k bzw 82k.
Am Shunt R3 kann ich jetzt problemlos messen (mit einem nicht-invertierenden Verstärker) und bin mit dem Ergebnis höchst zufrieden,
an R2 funktioniert es leider nicht.
Obwohl am invertierendem Eingang (-, Pin 2) +4,89 Volt und am anderen (+, Pin 3) +4,99V anliegen, liegt am Ausgang immer -4,34V an. Die Widerstände sind genau so angeschlossen, wie Bild 3 im Wiki (unter Operationsverstärker (https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker)) angegeben, die Versorgungsspannung ist auch OK.

[shaun]

Vielleicht solltest Du Dich mal zum Lesen eines Datenblattes herab begeben, dann stellst Du schnell fest, dass Du den OP nicht so nah an der positiven Versorgung betreiben darfst. Ich lese es jetzt nicht, weil ich in 5 Stunden aufstehen muss, aber aus dem Gefühl heraus würde ich bei 324/358 sagen, Eingang von Vss bis Vcc-2V und Ausgang Vss+2V bis Vcc-2V, also musst Du den OP entweder mit mehr als 5V speisen oder das Eingangssignal verringern - mit genauen Spannungsteilern oder einer niedrigeren Erregung für den Sensor. Bevor Du die Parameter, die der IC-Hersteller vorgibt und garantiert, nicht einhältst, ist jede Diskussion über die Ursache müßig. 10mV Offset sind auf jeden Fall erstmal etwas viel. Wenn Du eh an einem Testaufbau arbeitest, solltest Du vielleicht wirklich mal die +Ub auf 8V oder so anheben - nur für den LM358 natürlich, der Sensor bleibt auf 5V.

Edit: habe jetzt doch mal einen Teil Deiner Arbeit gemacht und in den referenzierten Wiki-Artikel gesehen. Wieso hast Du fast die volle Betriebsspannung an den OP-Eingängen, d.h. wie hast Du das Widerstandverhältnis gewählt? Wahnsinnige Verstärkung? Wenn Du mit ohne zusätzliche Versorgungen auskommen willst, wähle mal die Verstärkung geringer, zB gleich eins mit vier gleichen Widerständen. Dann bist Du sicher im zulässigen Bereich und kannst danach weiter verstärken. Allerdings ist bei Sensorspannungen im mV-Bereich der 0815-OP nicht die erste Wahl. Eher OP07 oder sowas...