Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : OPV-Schaltung für ADXL202 und AVR
Minifriese
20.02.2007, 06:57
Moin moin!
Ich mache mal einen Extra-Thread zu diesem Thema auf. Kann doch nicht sein, daß ich der einzige bin, der dieses Problem hat...
Ein ADXL202 gibt sein Signal ja nicht nur als PWM aus sondern auch als Spannung an Xfilt und Yfilt. Der Spannungsbereich beträgt dabei 2,2V für -1g bis 2,8V für +1g für jede Achse. Um den Meßbereich eines AVR von 0..5V auszunutzen, sollte das Signal also auf 0..5V gespreizt werden. Paßt eigentlich gut, weil sowohl die Sensorsignal"mitte" als auch die AVR-Eingangs"mitte" bei 2,5V liegt. Der Verstärker kann also symmetrisch arbeiten.
Um das ganze nun technisch zu realisieren, muß wohl ein OPV her. Zuerst hatte ich geplant, einen Subtrahierer (2,2..2,8 auf -0,3..0,3), dann einen Verstärker (-0,3..0,3 auf -2,5..2,5) und dann einen Addierer (-2,5..2,5 auf 0..5) zu schalten. Als Formel ausgedrückt: SIGavr=((SIGsen-2,5)*8,3)+2,5.
Nach einigen Hirnverrenkungen hab ich mir dann diese Schaltung ausgedacht, die das hoffentlich einfacher bewerkstelligt. Dummerweise stimmt sie mit keiner Grundschaltung überein, die man in einschlägigen Elektronik-Tutorials findet. Könnten die Elektronik-Spezis bitte mal schauen, ob das prinzipiell geht? Bin leider gerade im Busch unterwegs und kann die Sache deswegen nicht einfach ausprobieren...
Oder hat jemand ne andere, funktionierende Schaltung? Vielleicht sogar schon getestet? Es basteln doch hier so viele Leute mit ADXLs und AVRs herum, wie macht Ihr das alle?
Danke,
Nils
Die Schaltung geht sicher grundsätzlich.
Kleine Einschränkungen ergeben sich wenn präzise Werte benötigt werden und die Schaltung abgegleichen werden muss.
Der Abgleich des Nullpunkts wirkt auch auf die Verstärkung und umgekehrt. Der Einfluss ist nur gering und man kann es auch damit abgleichen. In den üblichen Quellen werden deshalb andere Schaltungen dargestellt.
Um den Einfluß des Eingangsstroms gering zu halten werden klassicherweise die Eingänge der OPAms mit gleichen Widerständen beschaltet, dabei geht in dieser Schaltung der Widerstand der Quelle ein. Mittelerweile gibt es OPAms mit ausreichend geringem Eingangsstrom, sodass dieser Punkt je nach Anforderung an Bedeutung abnimmt.
Beim Betrieb an kleinen Betriebsspannungen muß man auf die rail to rail-Fähigkeit der OPAms achten. Hier wird ein Hub von 0 bis 5V am Ausgang berechnet. Soll er beim Betrieb an 0 und 5V wirklich auftreten dann muss der Ausgang unter der späteren Last diese Werte auch erreichen können (mit 5mV oder 50mV Abstand).
Manfred
Minifriese
20.02.2007, 10:54
Moin!
Danke für die Antwort, ich werde mal versuchen, mich zum Thema Abgleich schlau zu machen. Aber schonmal vorweg: Glaubst du, daß diese Schaltung den ADXL so belasten würde, daß sich daraus ein nennenswerter Einfluß ergibt? Und daß der AVR-Eingang diese Schaltung wiederum so belastet, daß das was ausmacht?
Nils
Jakob L.
20.02.2007, 12:23
Die Schaltung belastet den ADXL so gut wie gar nicht, da der Operationsverstärker einen sehr hohen Eingangswiderstand hat.
Ich bin mir eigentlich sicher, dass der Beschleunigungsmesser mit der Schaltung ohne Verstärkungs-Abgleich ganz gut bedient ist.
Für einen Nullpunktabgleich könnte man falls nötig in den Knoten R2 R3 einen kleinen Strom einspeisen. Poti 0-5V und über 1M oder mehr an den Knoten. Das wäre dann die Schaltung mit der man den Einfluß des wechselnden Übergangswiderstand des Schleifers (Mikrofonie) gering hält.
Manfred
Minifriese
20.02.2007, 15:28
Das mit dem Poti zum Nullpunktabgleich leuchtet mir halbwegs ein. Könnte man stattdessen auch entweder R2 oder R3 variabel machen? Zum Beispiel für einen der beiden statt 12k einfach 10k und ein 3k-Poti in Reihe schalten? Das sollte doch den gleichen Effekt haben, daß das Potential im Knoten R2/R3 verschoben werden kann.
Ich hab gerade noch mal das Datenblatt vom TLC274 durchforstet, in der Hoffnung, einen Parameter zu finden, der den kleinsten erreichbaren Abstand der Ausgangsspannung von den Versorgungsspannungen (+/-) angibt. Das meintest du ja oben mit Rail-to-Rail-Fähigkeit, nehme ich an.
Da gibt es einmal die Low-Level Voltage von 50mV und die High-Level Voltage von 3,8V (beides bei VDD=5V gefunden). Geben diese Werte an, wie nahe der Ausgang an die "Rails" rankommt??? Die 50mV wären mir ja mehr als gut genug, aber 3,8V als obere Grenze eigentlich nicht. Oder lese ich das Datenblatt falsch?
Bei "meinem" TL084 habe ich eine solche Größe überhaupt nicht gefunden.
Nils
Das mit dem Poti zum Nullpunktabgleich leuchtet mir halbwegs ein. Könnte man stattdessen auch entweder R2 oder R3 variabel machen? Zum Beispiel für einen der beiden statt 12k einfach 10k und ein 3k-Poti in Reihe schalten? Das sollte doch den gleichen Effekt haben, daß das Potential im Knoten R2/R3 verschoben werden kann.
Bei "meinem" TL084 habe ich eine solche Größe überhaupt nicht gefunden.
Nils
-Das ist ja das bei den Messtechnikschaltungen und der Entkopplung, kleinste Widerstandsänderung mit Einfluß auf die Verstärkung beim Nullpunkt Abgleich und kleinste Mikrofonie im Betrieb.
-Der TL072 wäre dann soetwas wie ein Monorail und eben billig.
-Der TL084 hat typisch +-13,5V (bei +-15V).
Manfred
Minifriese
20.02.2007, 15:59
Was meinst du mit Mikrofonie?
übrigens hättest du dir die Rechnerei ersparen können:
http://www.stegem.de/Elektronik/OP2/op.html
Das wäre dann die Schaltung mit der man den Einfluß des wechselnden Übergangswiderstand des Schleifers (Mikrofonie) gering hält.
Manfred
Der Schleifer auf der Kohlebahn wirkt ähnlich wie ein Kohlekörner-Mikrofon, er wandelt (Schall)-Schwingungen in elektrische Signale, nicht so stark wie ein Mirkofon.
Manfred
Jakob L.
20.02.2007, 21:11
Hallo,
die maximale/minimale Ausgangsspannung des TLC274 kann man im Datenblatt in den Diagrammen 10 ("HIGH-LEVEL OUTPUT VOLTAGE vs HIGH-LEVEL OUTPUT CURRENT") und 18 ("LOW-LEVEL OUTPUT VOLTAGE vs LOW-LEVEL OUTPUT CURRENT") ablesen. Wenn der Ausgang direkt mit dem ADC verbunden wird, dann ist der Ausgangsstrom nahezu 0 mA. Bei 5V Versorgungsspannung kommt man also auf eine Ausgangsspannung von ca. 0-4V. Um den vollen Bereich von 0-5V zu erreichen, müsste man die Versorgungsspannung etwas erhöhen.
Gruss
Jakob
Minifriese
21.02.2007, 00:43
Moin,
Um den vollen Bereich von 0-5V zu erreichen, müsste man die Versorgungsspannung etwas erhöhen.
Wenn ich das richtig sehe, sind die meisten OPVs recht unempfindlich, was die Versorgungsspannung angeht. Nun habe ich in meiner Schaltung ja eh eine etwas größere Spannung vorhanden, nämlich die Batteriespannung (in meinem Fall ca. 7,4V) vor dem 5V-Spannungsregler für den AVR. Ich könnte also die Versorgung des OPV direkt an die Batterie klemmen. Solange diese Spannung merklich über 5V bleibt, müßte ich dann also annähernd 0..5V am Ausgang erreichen. Schwankende (bzw. langsam fallende) Versorgungsspannung sollte den Nullpunkt und die Verstärkung nicht sonderlich beeinflussen, oder?
Allmählich wird mir klarer, wie das Datenblatt zu verstehen ist. Sorry, habe in der Schule leider nie was über OPVs gelernt, nur von google... Danke für die Hilfen.
Nils
Dann würde ich die Spannung des OPV mit einer Z-Diode auf ca. 6V stabilisieren. Sonst schwankt der Wert mit der Batteriespannung.
Jakob L.
21.02.2007, 09:12
Das ist nicht nötig. Der OPV hat eine Supply voltage rejection rate von mindestens 65 db. Eine Schwankung der Versorgungsspannung um 1V führt also zu einer Änderung der Ausgangsspannung von weniger als 0,6mV * die eingestellte Verstärkung. Das kann man wohl vernachlässigen.
Hallo Jakob,
das gilt nicht für die verwendete Schaltung (siehe ganz oben)
Ist halt, neben der Abgleichbarkeit, ein Nachteil der Schaltung
Jakob L.
21.02.2007, 11:16
Den Spannungsteiler muss man natürlich weiterhin an +5V anschliessen. Nur die Versorgungsspannung des OPVs wird erhöht.
Minifriese
21.02.2007, 13:40
Den Spannungsteiler muss man natürlich weiterhin an +5V anschliessen. Nur die Versorgungsspannung des OPVs wird erhöht.
Genau, so hatte ich mir das gedacht. Damit sollte der Ausgang ziemlich unabhängig von der Batteriespannung sein, denke ich.
Übrigens habe ich inzwischen ein sehr interessantes Dokument im INet entdeckt (pdf): "OP Amps for Everyone" von Ron Mancini (Texas Instruments). Weiß leider nicht mehr, von welcher Site das war, aber läßt sich bestimmt googlen. Habe zwar erst etwa ein Fünftel durch (von 464 Seiten) und werde es wohl noch mehr als einmal lesen müssen, bisher ist es aber recht interessant geschrieben und sehr informativ.
Mal was anderes: Kennt jemand außer den erwähnten TLC274 noch andere Rail-to-Rail-taugliche OPVs? Vielleicht sogar in einem Chip mit vier OPVs? Oder mal generell gefragt: Welche Typen von OPVs verwendet ihr in AVR-Schaltungen, wo die 5V-Analogeingänge verwendet werden?
Nils
ich habe hier ein paar in meiner Tabelle:
http://www.stegem.de/Elektronik/ops/ops.php
Jakob L.
21.02.2007, 19:10
Eine Liste mit ein paar üblichen OPVs findet man auch auf der folgenden Seite:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker
Minifriese
22.02.2007, 04:35
Moin moin,
Ein paar Volltreffer waren bei euren Vorschlägen dabei. Anscheinend sind der TS914 und der LMC6484 genau das, was ich brauche. Sind sogar pinkompatibel zum TL084, also brauche ich nicht mal meine Platine umzubauen. Jetzt muß ich nur noch wieder nach Hause kommen, um basteln zu können...
Die Schaltung selbst hat ja bisher noch keiner so wirklich angemeckert. Den Abgleich des Nullpunkts rüste ich vielleicht noch nach. Dann vermutlich eher mit variablem R2, das scheint mir das einfachste, auch wenn Manfreds Schaltung "sauberer" wäre. Daß ich damit die Verstärkung leicht ändere, sollte nichts machen. Im AVR muß ich ja eh nochmal über eine Kennlinie die Spannungswerte in Beschleunigungen umwandeln, da läßt sich eine Korrektur sicher leicht einbringen. So gesehen bin ich mir gar nicht sicher, ob ich überhaupt den Nullpunktabgleich brauche.
Besten Dank erstmal!
Nils
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