Opamps - diese fiesen kleinen Scheisser...

[Willa]

Hallo!
Ich werde noch verrückt mit diesen Opamps... Irgendwas verstehe ich überhaupt nicht. Ich hoffe jemand kann mir helfen:
Das Signal meines ACCs hat in Ruhe 1.69V, an der einen Endlage 1.08V und an der anderen Endlage 2.37V. Am ADC hätte ich gerne eine Spannung von 0-5V ... So der idealistische Wunsch den viele andere auch haben.
Ich benutze den LM324N:
http://www.datasheetcatalog.net/de/d...2/LM324N.shtml
An VCC+ habe ich 5V angeschlossen, an VCC- ist GND angeschlossen. Im Anhang findet ihr meine Schaltung. Die Verstärkung ist 2.
Wenn der ACC zwischen 1.08V und 1.69V ausgibt bekomme ich am ADC schöne Werte. Gibt der ACC nun Signale über 1.69V aus, so bin ich sehr schnell am Anschlag. Allerdings nicht am ADC Anschlag (der wäre ja wohl 1024). Ab einem ADC Wert von 760 gehts nicht mehr höher.... Was ist da faul? Was kann ich machen? Hat das evtl. was damit zu tun das an VCC+ und VCC- des Opamps andere Spannungen angeschlossen werden müssten?
Über Tipps wie ich diese fiesen Mistdinger endlich dazu bringe zu tun was ich von ihnen will würde ich mich sehr freuen....!

[nikolaus10]

Hallo
Deine Schaltung sieht ein wenig " komisch" aus. Berechne erst einmal deine Verstaerkung und dann die Referenz zu der er verstaerken soll.
Auf die mV Genaugigkeit wirst du ohne Abgleich auch nicht kommen.

Der LM 324 ist auch kein Rail to Rail Op Amp.
Der bleibt schon mal bei 3 V unter der Versorgungsspannung haengen, bei hoereren Lasten und Versorgungspannung ist es sogar mehr wie 4 Volt unter der Versorgungsspannung.
Ein echter Rail to Rail erleichtert dir dann auch eine Ausgangsspannung von 5 Volt.
Vielleicht nutz es dir sogar schon wenn du die Referenzspannung deines ADC runter setzt.

[Willa]

Hi! Danke erstmal für deine Antwort. Ich war grad dabei das hier zu schreiben:

Ich bins nochmal kurz.... Kann es sein dass der Opamp nicht bis an VCC+ ran verstärken kann sondern die verstärkte Ausgangsspannung immer ein Stück geringer ist als das VCC+?
Wenn man das mal kurz ausrechnet:
760/1024=3.71V
D.h. der Opamp verstärkt bis zu einer Ausgangsspannung von 3.71V. Wenn ich jetzt eine 8V Spannungsquelle an VCC+ hänge, würde das evtl. was bringen?

Die Referenzspannung des ADCs kann ich nicht runtersetzen weil da noch so einiges anderes dran hängt was ich ungerne alles ändern möchte.

Der LM 324 ist auch kein Rail to Rail Op Amp.

Heisst das, wenn ich an vcc- -1V und an vcc+ +8v dranhängen würde, dann könnte es klappen?

[Ceos]

also was du suchst ist ein subtrahierverstärker damit du den offset einstellen kannst, du musst einen spannungsteiler für den +eingang dimensionieren, der der verstärkten offsetspannung des eingangssignal entspricht, also nen spannungsteiler für 1.69V*G(2) dimensionieren
für den signaleingang dann den üblichen R2 vom eingang zum ausgang und R1 zur signalquelle G = R2/R1

veränderst du die verstärkung, musst du den spannungsteiler auch anpassen, weil die rückgekoppelte offsetspannung sich mitverändert

das wird aber höllisch mit der temperatur driften ^_^ hab da schon meine erfahrungen mit machen müssen ... wenn man nur den +eingang über nen anderen opamp einstellen könnte, der wiederum vom verstärkunsgverhältnis des -eingang und einer spannugnsreferenz gesteuert wird wäre es total einfach und auch stabil

[Willa]

Zum Differenzverstärker:
Im Anhang mal eine Bild damit ich mir das besser vorstellen kann.
Folgende Werte würde ich verwenden:
R1=10k
R2=30k
R3=10k
R4=30k

Verstärkung daher = R2/R1 = 3 .

Nach den Gleichungen sollte an V2 eine Spannung von 1V angelegt werden. Wenn der ACC seine minimale Spannung ausgibt (ca. 1V), dann wäre die Ausgangsspannung ca. 0V, richtig? [3*(1-1)]

Wenn der ACC seine maximale Spannugn ausgibt (2.37V) währe die Ausgangsspannung 4.11 V [3*(2.37-1)]. Da ich den OpAmp mit 8V betreibe sollte er es schaffen 4.11V auszugeben, richtig?

Ist der Spannungsteiler so wie in der Grafik richtig eingezeichnet? Oder übernehmen R3 und R4 schon irgendwie die Spannungsteilerrolle...?

Danke schonmal für eure Tipps!

[wkrug]

Zuerst mal ein paar grundsätzliche Sachen.
Was machen die anderen 3 Op Amps des LM 324 ?
Wenn die Eingänge offen sind schwingt der manchmal wie Sau und Du kriegst keine vernünftigen Ergebnisse.

Wenn Du einen OP frei hast, warum nimmst Du den nicht als Spannungsteiler- Impedanzwandler, der eine passende Ausgangsspannung liefert.
Der Verstärkungsfaktor ist dann wirklich nur von 2 Widerständen abhängig und der Nullpunkt lässt sich schön mit dem Spannungsteiler Einstellen.
Die Spannung des Impedanzwandlers lässt sich dann noch mit einem Kondensator noch stabiler machen.

[Willa]

Wenn die Eingänge offen sind schwingt der manchmal wie Sau und Du kriegst keine vernünftigen Ergebnisse.

Da werde ich dran denken, aber das ist im Moment nicht das Hauptproblem....

Wenn Du einen OP frei hast, warum nimmst Du den nicht als Spannungsteiler- Impedanzwandler, der eine passende Ausgangsspannung liefert.

Es ist ein OP frei, aber wo finde ich Informationen zu "Spannungsteiler-Impedanzwandler"...? Würde mein Schaltplan denn so funktionieren wie gezeichnet?

[Ceos]

R3 und R4 sind bereits der spannungsteiler.

@wkrug

aber der +eingang muss doch eine spannung von G*Voff bekommen, sobald das ganze schwankenden temperaturen ausgesetzt ist, driftet das wie blöd, da reichen also auch 2 einfache widerstände ... oder hab ich dich da jetzt völlig missverstanden ?
wenn ich jetzt von ner spannungsreferenz 1.96V hätte und eben die beiden wiederstände R2 und R1 am OP1 könntest du dann mit nem OP2 den + eingang damit versorgen in der abhängigkeit von R2/R1 ? wenn du sowas auf lager hast, würdest du auch mir ein riesigen gefallen tun ... ich verbieg mir schon die ganze zeit mein gehirn um den Gain-Drift und daraus resultierend den offseterror in den griff zu bekommen#

Der Verstärkungsfaktor ist dann wirklich nur von 2 Widerständen abhängig

ist er doch beim differenzverstärker ?! nur R2/R1 ... nur eben R4 und R3 sind von R2/R1 abhängig V+ = Voff*R2/R1!

wenn du einen atmel zum auswerten benutzt, kannst du doch EIGENTLICH auch direkt differentiell messen, über 2 kanäle, das ist dann nichts anderes als ein vertärker im controller! eingang an bein 1 und an bein 2 de spannungsteiler oder direkt die spannungsreferenz, über ADMUX dann noch den Gain einstellen und fertig (oder überlastet das die pin kapazität?)


GROSSES SORRY ich hab mich glatt in meinen eigenen Formeln vertan, R4 und R3 müssen ne Spur komplizierter berechnet werden vielleicht findet jemand noch ne optimierung ?!

R4 = (Voff/Vin_max * G * (R3 / R4) ) / G+1

ich bastel meine komplette herleitung mal in nem formeleditor zusammen und reiche die dann nach, aber vorsicht kann gruselig aussehen

Vmax in ist hier die versorgungsspannung der eingänge
Uout soll in dieser gleichung 0V sein weil ich ne bipolare versorgung hatte,

also lautet die gesamtformel
R4 = (G * Voff/Vin_max + Vout ) ((R3 / R4) / (G+1))
PS: diese klammern machen mich nochmal gaga, imerwieder setz ich sie an der falschen stelle

[H.A.R.R.Y.]

Laß Dich mal nicht so verrückt machen.

Deine ursprüngliche Schaltung funktioniert ja schon einigermaßen. Wie nikolaus10 und Du selbst schon gesagt haben, kann der LM324 (bzw. die 4 enthaltenen OpAmps) seinen Ausgang nicht bis Vcc hochziehen. Im Datenbaltt steht da typ. Vcc-1,5V (5-1,5=3,5V) das kommt mit Deiner Beobachtung (3,71V) schon mal ganz gut hin, oder?

Wie Du auch richtig bemerkt hast, sollte die Vcc vom LM324 angehoben werden. Theoretisch müßten 6,5V reichen. Mehr geht natürlich auch; ABER ACHTUNG: wenn der Ausgang des LM324 direkt mit dem ADC-Pin verbunden wird, kann es sein, daß der ADC mehr als seine Vcc (5V) abbekommt. Das zerstört den Eingang.

Bei LM324-Vcc= +8V/-1V sollte es ausreichend sein, zwischen OpAmp-Ausgang und ADC-Eingang einen Widerstand von etwa 1kOhm bis 10kOhm zu legen. Den Rest erledigen dann die ESD-Dioden im ADC-Eingang - der Widerstand begrenzt den Strom im Bedarfsfall und schützt so auch diese Dioden. Ein Strom von 0,5mA wird immer problemlos akzeptiert. Also rechen ich dann 8V-5V=3V geteilt durch 0,5mA = 6kOhm. Nehmen tu ich dann 5k6/5% und gut ist es. Durch den Längswiderstand muß man nur aufpassen, da sich mit der Eingangskapizität des ADC ein Tiefpaß ergibt. Nehme ich mal 20pF an, dann ergibt das 1/(2*pi*5k6*20p) ca. 1,4MHz. Ich denke, ich konnte Dir ein bißchen weiterhelfen.

Die Geschichten mit einstellbarer Referenzspannung und Differenzverstärker bekommst Du ja von den Kollegen schon genauestens erklärt.

Am besten läßt Du mit Deinem Signal oben und unten etwas "Luft". Dann geht der ADC zwar nicht bis ganz auf 0 herunter und nicht bis volle 1024 rauf, aber dafür hast Du etwas Reserve falls sich mal in der Schaltung der Verstärkungsfaktor oder eine Offsetspannung ändern (Bauteile haben ALLE Temperaturgang und Alterungseffetke). Im Extremfall könntest Du sogar Sensorausfall erkennen, (falls dann das Signal in die Anschläge knallt). Zumindest bist Du Dir aber sicher, daß das Signal nicht durch den ADC gekappt (begrenzt) wird und Du den vollen Hub auch unverzerrt mitbekommst.

Gruß H.A.R.R.Y.

[Willa]

Hi!
@CEOS:
Danke für deine Mühen, aber ich verstehe das leider gar nicht....:
Was ist Voff? 1.08V oder 1.69V?
Vinmax ist die Versorgungsspannung des Opamps (VCC+)?
Was ist Vout? Die Spannung am Ausgang ist doch keine Konstante sondern ändert sich je nach ACCoutput...?
Und wenn ich R4 berechnet habe dann habe ich immer noch mindestens drei weitere Variablen... (R1,2,3,V2)? Das ist alles sehr verwirrend...