Gegenseitige Beeinflussung von Differenzverstärkern

Hallo!

Im Anhang ist eine Schaltung die ich so aufgebaut habe. Bei den Klemmen Uout wird eine Spannung angelegt und bei den Klemmen Rlast kommt eben ein Widerstand rein, dessen Größenordnung ich noch nicht festlegen möchte.

Die beiden Differenzverstärker oben dienen zur Spannungsmessung an einem 100mOhm Shunt.

Die Spannungsteiler und der nichtinvertierende Verstärker (in der unteren Hälfte) dienen zum messen der Spannungen an Rlast.

Die Schaltung an sich funktioniert schon fast. Die Spannung kann ich messen und die Differenzverstärker verstärken auch die SPannung die am Shunt anliegt. Ich habe ja zwei Diff-Verstärker verbaut. Im folgenden nenne ich den einen mit der Verstärkung 1000/56~=17.8 "D1" und den anderen mit der Verstärkung 1000/10 = 100 "D2".

Nun ist es so: Ich fange bei einer SHuntspannung von 9.2mV an und messe die Verstärkungsfaktoren. Bei D1 messe ich etwa 27.7 was fast um 10 zu hoch ist. Bei D2 kommt ein Faktor von 79.89 raus, was um 20 zu niedrig ist. WEnn ich jetzt die Shuntspannung bis 22.9mV erhöhe kommt bei D1 22.2 raus, ich komme also näher an den Theoriewert und bei D2 kommt 108.5 raus. auch schon näher am Theoriewert. Natürlich gibt es ja noch die Bauteiltoleranzen.
Was mir jetzt nicht passt: Die Verstärkungsfaktoren sollten am besten konstant sein. Ich muss nicht beide Kanäle gleichzeit auswerten (der eine wird für 0..0.5A verwendet der andere für 0.5A bis 2.5A), jedoch sollte die Messung schon einigermaßen genau sein.

Kann es sein, dass die Eingangsimpedanzen von D1 und D2 ungünstig gewählt sind? Wenn ihr wollt, kann ich noch mehr Messergebnisse liefern bzw. mal einen einzelnen Diff-Versträker ausprobieren. Ich messe mit einem DMM, dessen Messwiderstand ich leider nicht kenne, nicht dass es Messfehler sind!

Danke!

Martin

Hallo Martin.!

Leider hast du nicht geschriben was genau (DC, AC) gemessen wird.

Als erstes würde ich die alle Widerstände bei den beiden Differenzverstärker 100-fach verkleinern und prüfen. Ich vermute von "der Luft" durch Leitungen empfangene Störungen. Der 100 mOhm Shunt bei nötiger Genauigkeit von 0,1 % bis zum 100 Ohm belastet werden darf, oder ?

Wenn du aber so hoche Widerstände behalten möchtest und nur Gleichstrom gemessen werden soll, können Kondensatoren paralell zu R6 und R10 die Grenzfrequenz für Störungen unter Netzbrumm 50 Hz limitieren.

MfG

Hallo Picture!

Also Momentan messe ich nur DC. Später kommen aber zeitlich veränderliche Signale hinzu!

Zitat:

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Der 100 mOhm Shunt bei nötiger Genauigkeit von 0,1 % bis zum 100 Ohm belastet werden darf, oder ?

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Das habe ich leider nicht verstanden. Es ist ein 100mOhm und 6W Shunt bei 0,1%.

Meinetwegen könnten die Widerstände auch kleiner sein, aber ich dachte immer, dass bei Spannungsmessungen die Widerstände möglichst hoch sein sollten.Aber das werde ich mal ausprobieren. Wenns dann immer noch nicht klappt, versuch ichs mal mit den Kondensatoren.

Danke

Martin

Ich habe schon fast vergessen, wann ich in die Schule gegangen, aber nicht vergessen, dass Belastung umgekehrt Proportional zum Messfehler seien muss, deshalb z.B. min. 100 Ohm für 100 mOhm.

Das gefällt mir sehr, dass du nicht gleich bei erster Antwort perfekte Lösung erwartet hast... :)

MfG

Der LM358 ist keine präzsionsausführung. Man muß da damit rechnen, dass die Spannung einen Offset hat. Das können auch schon mal 5 mV bezogen auf den Eingang sein. Bei der 100 fachen Verstärkung also auch 0,5 V am Ausgang. Durch die relativ großen Widerstände kommt eventuell noch ein bischen dazu, aber weniger als der ohnehin schon vorahndene Fehler durch die Offsetspannungen.

Um die Verstärkung richtig zu messen muß man also wenigstens die Differenz messen bei 2 Spannungen am Eingang. Da wird nicht unbedingt immer 0 rauskommen, auch wenn am Einganag keine Spannung anliegt. Und wenn doch, ist das eher ein Zeichen dafür, das der Offset negativ ist, der OP also eigentlich eine negative Spannung ausgeben will, es nur nicht kann.

Danke für eure Antworten! Habt ihr eine Empfehlung für OPs die dann ein bisschen präziser sind, aber nur GND und +VCC als Versorgung benötigen, aber dennoch bsi VCC=30V gehen? Ich habe schon einige precision opamps gefunden, aber bei denen ist dann VCC auf 12V oder 18V beschränkt.

Martin

Ein möglicher höherwertiger Ersatz für den LM358 bzw. LM324 wären LT1013 bzw. LT1014. Allerdings sind die nicht mehr so günstig.

Wenn bei einem OPV angegeben ist, dass er sowohl dual als auch single supply kann und die dual supply Spannung zum Beispiel +/- 20V ist, kann ich davon ausgehen, dass die Single Supply Spannung dann 0V bis 40V ist? Denn bei dem LT1013 habe ich zwar gelesen, dass er Single Supply kann, aber keine expliziten Werte gefunden.

Desweiteren habe ich noch einen gefungen den TLE2022 (Datenblatt), der sowie ich das Verstanden habe einen kleineren Input Offset hat. Jedoch steht bei ihm, bei maximaler Differential Voltage 0.6V und bei der Fußnote, dass es auf -IN bezogen ist. Mit meinem 0.1Ohm Shunt sollte ich doch dann bis 6A messen können, auch wenn bei beiden Eingängen mehr wie 0.6V anliegen, aber in der Differenz eben weniger wie 0.6V, oder?

Gibt es vielleicht sonst noch Daten, auf die ich nicht geachtet habe?

Danke

Martin

Wenn bei dual Supply +-20 V gehen, geht bei single supply auf 40 V.
Die begrenzung auf +-0,6 V am Eingang kommt daher, dass schutzdioden drin sind zwischen den Eingängen. Im normalen Betrieb ist die Spannung aber praktisch 0, wegen der Rückkopplung. Nur als Komperator ist der OP nicht unbedingt gut geeigent. Meistens hat man aber auch einen Widerstand vor dem Eingang, der den Strom dann auf weniger als die zulässigen 1 mA begrenzt.

Der TLE2022 würde vom Eingang auch gehen, kann aber am Ausgang nicht so weit gegen GND treiben. Man kann sich da aber ggf. mit einem Widerstand nach GND helfen. Da sind LM358 und LT1013 besser.

Die interessanten Parameter sind hier vor allem die Temperaturabhängigkeit des Offsets und die Offsetspannung. Wegen der eher geringen Auflösung des AD wandlers ist der Rest nicht so kritisch.

Gegen das Problem mit dem Ofset und den Problem mit Spannung gang dicht an GND könnte man ggf. auch eine Vituelle Masse bei etwa 0,1 V oder so einführen. Die Ausgänge des Verstärkers wären dann relativ zu dieser Spannung, und auch leicht negative Wert (z.B. vom Offset) wären erlaubt. Dann würde auch der LM358 noch gehen.