Operationsverstärker richtig anschließen ?

[Blamaster]

Hi,

ich versuche gerade eine kleine Schaltung mit Operationsverstärker auf zu bauen. Bin mir allerdings nicht sicher wie ich den Op für mein Vorhaben genau ansteuern muss.

Ziel ist es, die am Spannungsteiler anliegende Spannung mit dem Faktor 10 zu multiplizieren und am ADC eines AVR einzulesen.

Stimmt die Beschaltung aus dem Anhang ?

[PICture]

Hallo!

Die Schaltung stimmt, aber der OPV kein "rail-to-rail" ist und ich weiss nicht wie nah der Ausgang sich ohne negativer Versorgungsspannung (V-) an 0 V (GND) bringen lässt. ;)

[BMS]

Hallo,
ich habe den Schaltplan mit dem Datenblatt verglichen, sollte stimmen.
Nachteil am INA2126 ist, dass er am Ausgang nicht bis an die Versorgungsspannungen heran kommt.
Nach "unten" kommt er bis 0,8V , nach "oben" nur bis 5V-0,75V=4,25V. Ist das für deine Anwendung schlimm?

Dennoch frage ich mich, warum du einen Instrumentenverstärker dafür einsetzt.
Ein "normaler" Operationsverstärker (z.B. LM358 ) müsste an dieser Stelle auch ausreichen ;) Der kann zumindest bis nah an die untere Versorgungsspannung heran. Rail-To-Rail-OpAmp (z.B. TS912, LMC6482) ist sinnvoll, wenn du erwartest, dass die Leitung zum Mikrocontroller auch 5V erreichen wird (Aussteuerbereich).
Grüße, Bernhard

[Blamaster]

Hi,

also Ziel ist es Widerstände zu messen. Rx beträgt zwischen 1 und 100 Ohm, sprich am Ausgang des Spannungsteilers liegt eine Spannung von 0,005V bis maximal 0,455V an.
Im unteren Widerstandsbereich ist die Spannung für den normalen ADC des AVR allerdings zu gering. Bei einer Referenz von 5V sind das um 1 Ohm zu messen gerade mal 1 Schritt Auflösung. Wenn man da noch Störeinflüsse und Toleranzen mit einbezieht einfach viel zu ungenau.

Daher wollte ich einen Weg finden um die Spanne von 0,005V bis 0,455V auf einen größeren Bereich zu skalieren. Daher die Idee mit dem Operationsverstärker und einem Verstärkungsfaktor von 10.

Dann hätte ich bei 1 Ohm 0,05V am Operationsverstärker Ausgang wenn mit Faktor 10 verstärkt wird. Das wären dann auf Seite des AVR immerhin gut 10 Schritte pro Ohm.

Soweit zur Theorie. Da bin ich mit den 0,8V natürlich ganz weit von entfernt.

Welche Lösung würde sich für mein Vorhaben anbieten ? Ich denke dir Idee mit einem Operationsverstärker ist schon garnicht so verkehrt nur welcher Typ eignet sich wirklich für mein Vorhaben ?

[BMS]

Daher wollte ich einen Weg finden um die Spanne von 0,005V bis 0,455V auf einen größeren Bereich zu skalieren. Daher die Idee mit dem Operationsverstärker und einem Verstärkungsfaktor von 10.
D.h. nach dem Verstärker wären das 0,05V bis 4,55V. Bei 5V Versorgungsspannung brauchst du dazu auf jeden Fall einen Rail-To-Rail-OpAmp (TS912, LMC6482 oder ähnlich), verschaltet als nichtinvertierenden Verstärker.
Grüße, Bernhard

PS: Für eine reine Widerstandsmessung bietet es sich an, eine Konstantstromquelle zu bauen und damit den zu messenden Widerstand zu speisen. Dann ist der Zusammenhang U~R proportional. Als Spannungsteiler verschaltet wird das nichtlinear; gut, der Mikrocontroller kann das wieder zurückrechnen.

[Blamaster]

Hi,

ich habe nochmal die Beschaltung für den TS912 anghängt. Passt das so ? Das Datenblatt zum TS912 ist mager gehalten finde ich. Ich konnte keine Formel finden mit der man den Verstärkungsfaktor berechnet, daher habe ich 1 + (R5/R3) genommen weiß aber nicht ob das für den OP so passt.

[Besserwessi]

Die Schaltung sieht soweit gut aus, hat aber noch ein kleines Problem. Das die Formel für die Verstärkung nicht im DB des TS912 angegeben ist, ist normal, denn das ist das normale Verhalten einen OPs, also unabhängig vom Typ.

Der Offest beim TS912 könnte ein Problem werden. Da kann der OP halt noch um bis zu 10 mV am Eingang vom Ideal abweichen. Im günstigen Fall ist die Spannung am Ausgang etwas höher und der Fehler kann in SW kompensiert werden - im ungünstigen Fall ist die Spannung niedriger und erst ab einer Schwelle wird etwas gemessen.
Der LMC6482 wäre da etwas besser.

[Blamaster]

Dann werde ich sicherheitshalber doch den LMC6482 nehmen. Der hat ja eine geringere Input Offset Voltage.
Oder ist die Offset Voltage für die gewünschte Minimalspannung von 0,005V am Eingang noch zu problematisch ?

Wie hoch kann man die Widerstände für den Verstärkungsfaktor wählen ? Ich denke mal mit 9k und 1k liege ich noch ziemlich niedrig.

[Besserwessi]

Der LMC6282 ist mit maximal 4 mV ausreichend, wenn die Spannung nicht unter 5 mV geht. Auch der TS912 mit bis zu 10 mV wird wahrscheinlich gehen, aber halt nicht sicher.

Die Widerstände können deutlich hochohmiger werden. Je höher die Widerstände, desto empfindlicher wird es auf Kapazitive Einkopplungen und desto mehr Rauschen und Störungen durch Leckströme gibt es. Widerstände über 1 M haben oft auch etwas schlechtere Daten hinsichtlich Drift und Genauigkeit.

Ich würde nicht unbedingt über 900 K / 100 K gehen - das bringt dann auch vom Stromverbrauch nichts mehr - da wäre dann erst ein sparsamerer OP gefragt. Auch müsste man dann den Strom zum messen wohl nur jeweils kurz anschalten.

[Blamaster]

Hi,

bin gerade mal dazu gekommen die Schaltung mit dem LMC6482 wie in Post #6 aufzubauen.
Sieht so aus als würde es grundsätzlich auch machen was es soll.
Allerdings habe ich ein kleines Problem festgestellt. Ich habe einen 1Ohm Widerstand an ca. 30cm Kabel angeklemmt. Die Werte am Adc fangen sobald ich das Kabel mit der Hand berühre an wie verrückt zu springen. Zwischen 0 und 64 war am ADC alles dabei. Woran liegen diese großen Sprünge ?

[PICture]

Es könnte sein, dass das Kabel als Antenne für Netzspannung wirkt. Du könntest probieren beide Enden vom R2/Rx per 2-adriges geschirmtes Kabel mit nur an einem Ende mit GND verbudenem Schirm zum OPV zuführen. Es könnte auch helfen durch ein Filter die Netzfrequenz (50 Hz) zu unterdrücken.

[Blamaster]

Hm ich glaube das ist es eher nicht.
Ich habe jetzt den 1k Widerstand im Spannungsteiler nochmal gegen einen 500 Ohm getauscht.
Wenn ich nun einen 1 Ohm Widerstand anschließe, dann misst der ADC einen Wert springend zwischen 1 und 2.
Daher denke ich läuft da noch irgendetwas schieß. Bei 5V am Spannungsteiler Eingang 500Ohm - 1Ohm - Gnd Müsste ich am Abgriff auf 0,01V kommen. Mit dem ADC verstärkt auf 0,1V das müsste dann am ADC 20 ergeben. Das sind beinahe 18 Schritte daneben, da stimmt doch was nicht.

[Besserwessi]

Mit dem Anfassen des Kabels können HF Störungen eingekoppelt werden. Direkt 50 Hz Störungen würde der kleine Widerstand weitgehend kurzschließen, die sind da eher keine Problem ohne direkten Kontakt.

Gegen HF Störungen hilft ein Kondensator gegen GND, ggf. noch ein RC Filter vor den Eingang des OPs . Dazu dann ggf. noch ein Kondensator parallel zur Rückkopplung (R5)

Für einen Test wäre etwas mehr Signal, d.h. ein etwas größerer Widerstand (z.B. 10 Ohm) besser geeignet - beim 1 Ohm Widerstand ist der mögliche Offset schon störend.

[Blamaster]

Hi,

habe jetzt anstelle von 1Ohm 55Ohm dran gehängt. Die Spannungen liegen jetzt in einem Bereich der sich mit dem Multimeter nachmessen lässt.
Am Spannungsteiler liegen 0,493V an. Am ADC Pin 0,516V. Da stimmt wie es aussieht irgendwas mit der Verstärkung nicht so ganz nur was ?

[Besserwessi]

Die gezeigte Schaltung ist richtig, nur eine Kondensator für die Versorgungsspannung sollte noch dazu, wenn die Leitungen etwas länger sind.
Die Frage ist dann noch, was macht der andere OP im IC. Offen kann der ggf. stören.

Könnte es sein das der 1 K und 9 K Widerstand vertauscht sind ?

[Blamaster]

Hi,

natürlich vertauscht wie hätte es auch anders sein sollen :rolleyes:
Momentan ist der 2. OP noch offen. Wie löst man das ? Eingänge auf GND ?

[PICture]

Am besten ist so:
+------+
| |\ |
+-|-\ |
| >-+
+-|+/
| |/
===
GND

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