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Thema: Spannungsspitzen vor OP-Verstärker eliminieren

  1. #11
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    So sieht also die Schaltung aus.

    Am Pin1 von SL1 greife ich die Masse an der Versorgungsspannung ab.
    Am Pin2 liegt die Messspannung vom Shunt an.
    Am Pin3 greife ich die positive Spannung ab.

    Ich freue mich auf eure Verbesserungsvorschläge.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken schaltung_242.jpg  

  2. #12
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo tooltime!
    Die Störimpulse kommen sicher durch die Masse. Du mußt leider die beiden Shunt anschlüsse an den OpAmp zuführen. Ich muss jetzt leider in die Arbeit, aber morgen früh skizze ich für Dich eine Lösung.
    Bis morgen!
    MfG

  3. #13
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo Tooltime!
    Bei Deiner OpAmp Schaltung muß unbedingt negative Betriebspannung vervendet werden. Ohne diese, hat der OpAmp unlineare Charakteristik und arbeited somit für negative Eingang Spannungen mit open loop Verstärkung. Das bedeutet, daß für -0,1 mV Eingangspannung entsteht auf dem Ausgang schon + ein paar V. Das nächste ist, daß bei 100A Strom auf der Resistanz von Masse (z.B. 10 mOhm) zwischen dem Shunt und OpAmp entsteht schon eine Spannung von 1V. Um das zu eliminieren kann man s.g. Differenzialverstärker vervenden (siehe Skitze). Als letzte bleiben noch Störungen die in Zuleitungen vom Schunt zum OpAmp enstehen können. Es sollte helfen ein zweiadriges, geschirmtes Kabel zu verwenden, wobei wichtig ist, daß der Schirm nur auf einem Ende mit der Masse Verbunden ist. Ich würde mit der negativen Spannung afangen, und wenn nötig weitere Maßnamen ergreifen. Die Verstärkung ist gleich P/R.
    MfG
    Code:
                                            +---+
                                          P |   |
               |                           _V_  |
               |                        +-|___|-+
               |                        |       |
               |                        |   VCC |
               +--+                     |    +  |
               |  |                _R_  |  |\|  |
              .-. +---------------|___|-+--|-\  |
              | |                  ___     |  >-+--------->
        Shunt | | +---------------|___|-+--|+/
              '-' |                 R   |  |/|
               |  |                    .-.   -
               +--+                    | |  VCC
               |                      R| |
               |                       '-'
               |                        |
                                       ===
                                       GND

  4. #14
    Benutzer Stammmitglied
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    @ PICture

    Danke für die Schaltung. Klingt (leider ) ziemlich einleuchtend. Die größten Sorgen bereitet mir die negative Versorgungsspannung. Ein DC/DC-Wandler (etwas anderes fällt mir dafür nicht ein) ist dann auf der Platine das teuerste und auch eines der schwersten Bauteile.

    Das nächste ist, daß bei 100A Strom auf der Resistanz von Masse (z.B. 10 mOhm) zwischen dem Shunt und OpAmp entsteht schon eine Spannung von 1V.
    Ob ich das richtig verstanden habe, bin ich mir nicht so sicher.
    Mein Shunt hat einen Widerstand von 1mOhm, somit fallen an ihm 100mV bei 100 A ab. Diese habe ich in meiner ursprünglichen Schaltung auf den OP gegeben und auf 5V verstärkt. Soll ich nun bei der Differentialverstärkerschaltung zwei eigene Leitungen auf den Shunt ziehen? Da der Shunt ja direkt an der Versorgungsmasse liegt, dachte ich, dass ich den Messfehler vernachlässigen könnte und die Versorgungsmasse direkt am Eingang vom OP nutzen könnte. Es fließen ja nur ein paar mV zum OP und in den µC, somit sollte der Spannungsabfall weit unterhalb meiner Messgenauigkeit sein.

    Gruß
    tooltime

  5. #15
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo tooltime!
    Es ist nicht so schlimm mit der negativer Spannung. Der ICL7660 der aus + Spannung, gleiche - Spannung macht kostet beim Reichelt 0,60€ und ist in DIP 8 Gehäuse. Du hast das, glaube ich, richtig verstanden. Die 10 mOhm habe ich nur als Beispiel genommen um zu zeigen, dass die Massenresistanz grösser als Dein Schunt seien könnte. Ich hoffe, das die negative Spannung für Deinen OP wird schon ausreichend helfen. So wie ich das Beschrieben habe, machst Du es nur so weit bis die "Spitzen" verschwinden. Du must nicht alles umsetzen. Ich habe nur alle Möglichkeiten gezeigt, und welche in Deinem Fall die Hauptursache ist, musst Du selber herausfinden.
    Viel Erfolg!
    MfG

  6. #16
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Soll ich nun bei der Differentialverstärkerschaltung zwei eigene Leitungen auf den Shunt ziehen? Da der Shunt ja direkt an der Versorgungsmasse liegt, dachte ich, dass ich den Messfehler vernachlässigen könnte und die Versorgungsmasse direkt am Eingang vom OP nutzen könnte. Es fließen ja nur ein paar mV zum OP und in den µC, somit sollte der Spannungsabfall weit unterhalb meiner Messgenauigkeit sein.
    Es ist wichtig, dass der Bezugspunkt am Widerstand R1 direkt am Shunt angeschlossen wird. Damit der Shunt wirklich 1mOhm beträgt und nicht noch ein Stück Leitung dazugehört.
    Die Verstärkerschaltung kann man so wie im Bild ausführen wenn man dafür einen OP nimmt, der am Eingang bis zur negativen Versorgungsspannung (Rail) arbeitet, die hier bei GND liegt.
    Dann kommt man mit 5V und 0V aus.
    Manfred

    (Hat sich überschnitten, naja kein Widerspruch.)
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken spannungsverst_rker_shunt_.jpg  

  7. #17
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo Manf!
    Ich weiss nicht, wer den Begriff "reil to reil" in die OP´s eingeführt hat, aber ich bin sicher, das es für OP´s nicht angewendet werden darf. Siehe Erklärung in meinem vorletztem Beitrag.
    MfG

  8. #18
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Du meinst das hier?
    Google: "rail to rail" opv

    Speziell bei den Fet Typen gibt es einige die auch noch ein Stückchen über die Rail hinausgehen.

    http://www.google.de/search?hl=de&q=...l%22+opv&meta=

  9. #19
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Nein, ich sage nur, dass es kein OpAmp gibt, der ohne - Betriebspannung saubere 0V so verstärken kann, dass es am Ausgang auch saubere 0V gibt.
    MfG

  10. #20
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Zitat Zitat von PICture
    Nein, ich sage nur, dass es kein OpAmp gibt, der ohne - Betriebspannung saubere 0V so verstärken kann, dass es am Ausgang auch saubere 0V gibt.
    MfG
    Ohne Betriebsspannung geht sicher nichts, aber sicher ist das Verhalten an der Grenze, zum Beispiel bei GND gemeint.

    Gerade dafür gibt es seit einigen Jahren große Anstrengungen eingangsseitig erst einmal eine Grenze zu überschreiten. Die ELEKTRONIK hatte speziell vor ein paar Monaten auch einen Artikel mit welcher Technik eingangsseitig beide Rails überschritten werden können. Es sind zwei Eingangansdifferenzvertärker die sich in ihrer Funktion an den Grenzen ablösen.

    Ausgangsseitig geht es mit komplementären FETs in Sourceschaltung, dass ohne Belastung mit gesperrtem FET und leitendem FET ein Spannungsteiler entsteht, der die Spannung der Rail auf pV bis nV erreicht.
    Wenn die Last wie im vorliegenden Fall zur Rail hin wirkt, dann besteht auch hier kaum eine Einschränkung.

    Man kann natürlich auch mit negativer Versorgungsspannung arbeiten. Dann stehen praktisch alle Operationsverstärkertypen zur Verfügung.
    Manfred

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