Op-Schaltung schwingt :-(

[Philipp83]

Hallo,

Ich habe folgende Schaltung aufgebaut , die nun aber leider um ca 0.16V schwingt.
Wenn mir jemand helfen kann, wäre ich sehr dankbar!!!

Gruß, Philipp

[shaun]

Seltsam, ein Integrator mit Tau um die 10ms und auch keine so hohe Verstärkung, dass irgendwelche Thermospannungen oder Offset-Drifts so stark ins Gewicht fallen sollten. Wie misst Du denn, Eingang kurzgeschlossen, Potis auf welchem Wert (also bei welcher Verstärkung)?
Schwankt evtl die Ub, von der Du die Bezugsspannung für den 3. OPV abnimmst?

[GeoBot]

Hallole

Sehe ich das richtig:

IC1a Spannungsfolger um hochohmig zu messen.
IC1b Einstellung der Steilheit [V/Ph]
IC2a Nullpunktabgleich

Funktion hat dann C1?

Wie sieht die Elektrode und die Gegenelektrode aus
und wie sind die verschaltet?

Auf den Display schwankt es nur um +- 1 Pixel.

Mit welcher Auflösung wird digitalisiert und welche
Referenzspannungsquelle mit welcher Genauigkeit
wird verwendet?

Ist IC2B beschaltet und wie?

Viele Fragen aber vielleicht findet sich ja da der
Fehler.

Grüße GeoBot

[BASTIUniversal]

Hi!
Mit was digitalisierst du denn deine Spannung? Ein unsauber aufgebauter A/D-Wandler könnte eventuell auch seinen Teil dazu Beitragen.
Ein kleines (gekauftes) Experimentierboard mit einem ATMega8, welches keine Filter am A/D-Wandler bzw. dessen Spannungsversorgung hat, liefert mir meistens einen Wert, der um ein paar LSB abweicht. Ein sauber aufgebautes Board dagegen nicht.

MfG
Basti

[Gock]

Ich lege sogar noch ne Frage drauf:
Hat die Störung "rein" zufällig eine Frequenz von 50Hz ???
...
Gruß

[GeoBot]

Hallole

Ist die Frequenz nicht 1/(25s/2) = 0,08Hz ?
Zwei Perioden auf dem Display mit Displaybreite = 25s

GeoBot

[Tungsten]

Hallo,

es könnte eine eingestreutes Signal sein welches sich hier als Aliasing bemerkbar macht (AD-Wandler Aliasing Filter? bei halber Abtastrate bzw darunter?) Aber auch wenn die Gleichspannung am Plus Eingang des Integrators schwankt würde man das am Ausgang sehen.

Viel Glück beim Fehler suchen!

[askazo]

hast Du den zweiten OP von IC2 auch beschaltet?
Ein unbeschalteter OP kann auch zum schwingen neigen, was sich wiederum auf andere OPs im selben Gehäuse auswirken könnte.
Nicht benutzte OPs sollte man in einen definierten Zustand bringen. Einfachste Möglichkeit: Ausgang auf - , + auf GND.

Gruß,
askazo

[Philipp83]

So, einen schönen guten morgen erstmal :-)

-Also meine Versorgungsspannungen sind total sauber und schwanken nicht.

-IC2B habe ich leider nicht beschaltet

Wenn ich mein Messgerät an einen der folgenden Pins hänge, ist das Schwingen weg.
- ADC-Eingang
- AREF
- Ausgang des unbeschalteten Op`s

irgendwie komisch oder nicht? Wenn es am unbeschalteten Op liegt, warum geht das Schwingen dann beim Messen der (nicht genutzten) Aref auch weg?

-als Anhang nochmal meine Referenzspannungsquelle, wobei ich bei bezug auf die interne das gleiche Ergebnis bekomme.

- Kann der Op das ab, wenn ich seinen Ausgang auf ein festes Potential lege? Oder sollte ich einfach IN+ auf GND und den Ausgang mit IN- verbinden?



Vielen Dank für eure Hilfe !!

[GeoBot]

Hallole

Wenn es mit der internen und externen Referenz das gleiche Ergebniss
gibt liegt es wohl nicht an der Referenz.

Als nächstes würde ich die nicht genuzten OP´s beschalten.
Um da sicher zu gehen.

Man kann auch über den Einbau eines Tiefpasses am ADC- Eingang
nachdenken. Die OP´s haben einen Eingangswiderstand von
10^12 Ohm da kommt es ganz schnell zur Einkopplung von Stör-
signalen. Vielleicht auch noch den Spannungsfolger IC1a einsparen?

Mir ist immer noch nicht klar was für eine Funktion C1 hat?

Grüße GeoBot

[shaun]

C1 -> Tiefpassfilter würde ich sagen (ok, Integrator, aber wir wollen nicht kleinlich sein :) )
Wie wäre es mit einem 100n-C von AREF nach Masse? Der 1k hinter dem OPV für die Referenz macht den AREF schon viel zu empfindlich, dort würde ich soweit runter gehen, dass der OPV noch stabil in die kapazitive Last arbeitet und dann auf jeden Fall den AREF abblocken!

[Philipp83]

Ich habe mal gelesen das C1 das Schwingen ein wenig unterdrücken soll.

Nochmals die Frage:
Wie beschalte ich die ungenutzten Op`s an besten?
-OUT an IN- und IN+ an 0V
-OUT an - und IN+ an 0V


Was ist mit AREF abblocken gemeint?

Ich kann auch noch mehr als 100n von Aref zu Masse legen, was meint ihr?


Danke!!

[GeoBot]

Hallole

Zum OP
Den + Eingang auf Masse und den - Eingang auf positive oder (negative) Versorgungsspannung. Den Ausgang sollte man offen lassen können.
Damit erzwingt man das die Spannung am Ausgang immer konstant auf
Minimum oder Maximum liegt.
Lässt du die Eingänge offen ändert sich die Spannung an den Eingängen laufend undefinert und der OP schaltet immer zwischen Maximum und Minimum hin und her. Das kommt durch Störeinstrahlungen
z.b. 220V Netz Radio u.s.w in Kombination mit dem sehr hohen Eingangswiderstand von 10^12 Ohm. Da erzeugen kleine Leistungen
schon recht große Amplituden.

Das Problem mit den Störungen hast du auch zwischen Elektrode und
IC1a. Der Innenwiderstand der Glasmenbran dürfte im GigaOhm
Bereich liegen. d.H. die Leitung sollte sehr gut abgeschirmt sein.

Ich würde auch mal versuchen mir den Kondensator C1 zu sparen und mal schauen ob das wesentlich schlechter wird.

Grüße GeoBot

[Philipp83]

Mahlzeit!

Also ich habe jetzt einfach mal einen 220uf vom ADC eingang auf Masse gelegt, wodurch die Schwingungen verschwunden sind.
Hat dies irgendwelche nachteile die ich nicht berücksichtigt habe?

Der Op hat nun definierte Pegel, was aber keine veränderung brachte.

Gruß, Philipp

[GeoBot]

Hallole

Zusammen mit dem Widerstand R6 = 10k gibt das einen Tiefpassfilter.
Dessen Grenzfrequenz liegt bei 1/(2*Pi*R6*C) = 0,072Hz.

Die Frequenz auf dem Display oben war ca. 1/(25s/2) = 0,08Hz
Das heißt sie wird ca. um den Faktor 0,7 bis 0,5 bedämpft.

Die Zeitkonstante R*C beträgt 2,2s. D.h. Wenn du die Schaltung
vor dem Widerstand abklemmst und dort einen Spannungssprung
von Masse nach Versorgungsspannung einspeißt mißt du mit
deinem ADC keinen Sprung mehr.

Du erhälst eine ansteigende Spannungskurve (log?) die nach R*C
63% nach 2*R*C 85.5% nach 3*R*C 95% der Versorgungs-
spannung beträgt.

Die Frage die sich jetzt stellt ist die wie schnell sich der Ph-Wert
ändern kann und wie schnell du das mitbekommen musst.

Ich denke ein paar 100p sollten da eigentlich reichen.
Ich würde sagen mit 222µF misst du nichts gescheites mehr.

Es ist immer noch nicht klar wo die Störung überhaupt herkommt.
Mit 220µF eleminieren wir sie nur gründlich. Leider zusammen mit
dem Signal das wir eigentlich messen wollen.

GeoBot

[Philipp83]

Ja, da hast du recht.

Ich habe vorhin die Spannungsversorgungsplatine (Trafo usw....) und die Steuerplatine aus dem Gehäuse ausgebaut und nebeneinander mit genügend Abstand zueinander anstatt knapp übereinander betrieben.
Das Ergebnis war:
Die Schwingung war höher und konnte durch Messen an diversen Stellen auch nicht wie vorher (knapp übereinander) eliminiert werden.

Eigentlich hätte ich gedacht, das es eher andersrum ist und der Trafo evtl stört. Scheint aber nicht so zu sein.

Wenn ich die Ph-Elektrode mit dem eingebauten 220uf in Ph4 und Ph9 eintauche, erreicht der Wert auf dem Display nach ca 20sek einen stabilen Wert, was in meinem Aquarium völlig ausreichend sein sollte :-)


Allerdings stört mich die tatsache auch noch, das die Schaltung ja noch immer Schwingt (ich diese nur sehr glätte).

Komisch ist auch, das ich die Schwingung am Messgerät nicht nachvollziehen kann.
Als die Platinen nebeneinander lagen, Schwung der Wert auf dem Display um ca 4 Pixel, was bei 10Bit und 5V ausgegeben auf 64Pixel ca.0,3V sein müssten.
Am Messgerät war der Wert aber total stabil.
Auch Aref war total stabil.

Ich bin langsam ratlos...


Was habt ihr denn noch so für Ideen, wie ich herausfinden kann was wie schwingt?

Ich habe bisher neu eingebaut
-100nf von Aref zu Masse
-220uF von Adc zu Masse
-1K (R25) vor Aref wurde durch 220R getauscht

[GeoBot]

Hallole

Wenn die 220µF das Problem beseitigen und du mit der Zeitkonstante leben kannst, hast du ja schon mal eine Lösung.

Was hast du denn an der Trafoplatine noch alles hängen?
Heizung?

Möglicherweise kommt die Schwingung durch hohe Ströme auf
der Masseleitung dann ist es nicht Aref oder ADC sondern AGND
das schwingt. Hätte den gleichen Effekt auf die Messung.

Du mißt da scheinbar auch noch Temperaturen. Wie sehen den
da die Verläufe aus? Ich würde nach Kurven mit der gleichen
Zeitkonstanten suchen.

Grüße GeoBot

[Philipp83]

Nabend

An der Trafoplatine hängt nur diese eine Messplatine.
Also hohe Ströme sind da nirgends anzutreffen.

Die Temperatur habe bisher noch nicht gemessen, da ich erst mal die Ph- Messung fertig haben wollte.

Gruß, Philipp

Ps: nehme die Platine mal morgen mit in die Firma, mal sehen was die da noch so zu sagen haben.
Ich werde evtl. Erkentnisse posten.

[Gock]

Wenn es alles nicht das ist, was hier gemutmaßt wurde, vielleicht liegt es ja am Messgerät selbst.
Am besten würde man das erfahren, wenn man den µC als Messgerät nimmt und die Spannungen einfach mal aufzeichnet, um zu sehen, ob er die Schwingung auch misst.
Sind die Leitungen denn geschirmt?
Oder einfach mal ein "richtiges" Oszi dranhängen...
Gruß

[Philipp83]

Jup, hänge morgen in der Firma mal nen Ozzi dran.

Das ist ja das Problem:
Mit dem Messgerät - keine Schwingung
Adc als Graph auf Glcd - Schwingen

Gute Nacht allerseits. :-)

[oZe]

Mal vielleicht ein ganz doofer Ansatz aber wie wärs wenn du mal das LCD und das Messgerät parallel anschließt. Wenn dann das GLCD nach wie vor die Schwingungen anzeigt aber dein Messgerät nicht, kann ja nur noch was mit der Signalaufbereitung für das LCD nicht stimmen (eventuell Softwareproblem?).

[Besserwessi]

Das sieht ein bischen danach aus, das irgentwie 50 oder 100 Hz vom Trafo in die Schaltung einkopplen. Sinnvoll wäre es eventuell auch bei IC1B schon eine Kondensator vom Ausgang zum invertierenden Eingang zu haben.
Wenn es wirklich 50 Hz (oder 100 Hz) sind, sollte man das mit dem AD wandler auch direkt erkennen. Man sollte dann die Software so schreiben, das die werte vom AD wandler üner einen Zeit von 20 ms oder einem Vielfachen davon gemittelt werden. Dadurch kriegt man eine sehr gute Unterdrückung von 50 Hz Störungen hin, besser als mit dem einfache RC filter.

[Philipp83]

Also es sind definitiv die 50Hz :-(

Werde nun eine neue Schaltung planen.


Gruß, Philipp

[GeoBot]

Hallole

Und auf welchem Weg spucken dir die 50 Hz denn in
die Suppe? Was hat das Oszi angezeigt?

Wenn dir die 20sek für einen Sprung von PH4 nach PH9
zeitlich reichen kannst du ruhig ein paar Werte messen
und mitteln wie Besserwessi ja geschrieben hat. Sprich
ein digitaler Tiefpassfilter implementieren!

Grüße

Geobot

[Besserwessi]

Bei einem so hochmigen Eingang wie einer PH Sonde sind ein paar mV an 50 Hz Signal ganz normal und kaum zu vermeiden. Solange die 50 Hz nicht wirklich groß sind und zum Übersteuern führen, kann man sie wirklich gut mit dem digitalen Filter entfernen. Ein wenig Hintergrundsignal (z.B. 50 Hz) können sogar nützlich sein um durch Mitteln eine höhere Auflösung als 10 Bits zu erreichen. Bis etwa 100 LSB an 50 Hz können durchaus noch positiv sein.

[Gock]

Kaum zu vermeiden? Aber zu verbessern:
- schirm die Leitungen (das hatten wir doch schon mal...)
- benutz eine Groundplane für die neue Schaltung,
- integriere die ADC Störunterdrückung von Atmel.
Schließlich weißt Du noch nicht, ob es NUR von den Leitungen kommt oder auch von der Platine selbst.
@Besserwessi
100 LSB? Bei 10 Bit Auflösung? Da musstest Du wohl ein paar 0en loswerden...
Und das soll positiv sein?
Naja, wenn Du ne Arbeit über Störunterdrückung schreiben willst vielleicht schon, aber wenn das Ding einfach laufen soll ist das was anderes.
Gruß

[Besserwessi]

Mit 100 LSB sind 100 mal 1 LSB Schritt gemeint. Für den 10 Bit Wandler also rund 10% des Werteumfangs.
Durch mehrfaches Abtasten und Mitteln kann man die Auflösung erhöhen. Siehe Atmel Application Note AVR121: http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf
Da hier nur sehr langsame gemessen werden muss, bietet sich das hier an. Wegen des Trafos wird man auch nicht jedes mA an Strom sparen müssen.
Das mitteln zu erhöhung der Auflösung geht nur gut, wenn der AD wandler nicht bei jeder Wandlung den gleichen Wert einließt. Wenn zum Niederfrequenten Signal noch eine schnellere Wechselspannung vorhanden ist, werden viele vieschiedene Werte des ADs genutzt. Dadurch erhöht sich nicht nur die Auflösung, sondern es wird auch die Differentielle Nichtlinearität über einen gewissen Bereich gemittelt und damit reduziert. Bei einem Sukzessive Approximations Wandler sind die kritischen Punkte, wenn höherwertige Bits umschaltet, also einige wenige schlechte Schritte.
Die 50 Hz werden schon allein durch das Mitteln üner einen langen Zeitraum stark reduziert. Wenn die mittelungszeit ein Vielfaches de Periode ist, kriegt man eine fast perfekte Unterdrückung der 50 Hz. Der Nachteil durch das 50 Hz Signal liegt also nur im etwas kleineren Messbereich bevor Überläufe eintreten.