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Thema: Differenzverstärker mit LM2902

  1. #1
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    Differenzverstärker mit LM2902

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    Hallo!

    Ich habe folgendes Problem: Eine Sensorschaltung um den Strömungssensor FS1 gibt mir ein Ausgangssignal von ca. 4 bis 8 Volt. Dieses möchte ich mit einem Mikrocontroller verarbeiten, 0 bis 5 Volt sollten daher vorliegen.
    Da liegt die Verwendung eines OPs als Differenzverstärker nahe, siehe beigefügte Schaltug.
    Als OP wollte ich den LM2902 verwenden, da ich noch einige rumliegen habe. Dieser IC besteht aus 4 OPs und kann mit einer Versorgugsspannug von 5 bis 30 Volt (falls ich mich richtig erinnere) betrieben werden.
    Um den Offset von 4 Volt loszuwerden, lege ich einfach eine 4 Volt Spannung an den invertierenden Eingang (U-). Diese erzeuge ich über die Referenzspannungsquelle LM 336 in 5 Volt Ausführung, um den Poti zur Justierug auf 4 Volt ergänzt. Die beide Dioden dienen der Temperaturkompensation laut Datenblatt.
    Schließlich folgt die Berechnung des Differenzverstärkers:

    Bedingungen sind:
    R1 = R2
    R3 = R4
    Umax am Schaltungsausgang sind 5 V wenn am Nicht invertierenden Eingang (U+) 8 V anliegen.

    Daraus folgt:
    Uausgang = (R3/R1) * (U+ - U-)
    5 = (R3/R1) * (8 - 4)V
    5V = 4V*(R3/R1)

    R3 als 100k gesetzt
    5V = 4V*(R3/R1)
    R1 = 80 k

    Somit ergibt sich aus den Bedingungen:
    R1 = 80 k
    R2 = 80 k
    R3 = 100 k
    R 4 = 100 k

    Ist da so korrekt? Ist das erste Mal das ich selber ne OP-Schaltung berechne
    Ist die Betriebsspannung eigentlich egal? Oder muss die 5 V betragen da ich maximal 5 V brauche? Ist der OP überhaupt dafür geeignet?

    ach ja, dateblatt des LM2902 http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA...c2e77314294c9f

    Vielen Dank allen die sich das durchlesen
    mfg, ronnin.

    P.S. die 2. OP Schaltung dient als Impedanzwandler. Hab ja 4 OPs, da ist das vielleicht noch sinnvoll
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken differenzverst_rker.png  

  2. #2
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    Der LM2902 ist für die Schaltung so nicht geeigent, denn die 4 V liegen nicht im Gleichtaktbereich bei 5 V Versorgung. Die Schaltung sieht sonst schon ganz gut aus. Die 4 V Spannung ist eher etwas aufwendig. Der 2.te OP als Spanungsfolger ist kaum nötig.

    Man müßte entweder einen anderen OP nehmen (z.B. TS912) der mit 4 V klar kommt, oder man teilt die Spannung am Eingang erst mal auf z.B. die Hälfte und kommt dann mit 2 V Gleichtaktspannung aus.

    Da der LM2902 maximal etwa 3 V ausgeben wird sollte man Spannungsbereich des AD Wandler entsprechend wählen. Vermutlich kann man die selbe Referenz für den AD Wandler und zum runtersetzen der Spannung wählen, das wäre auch für die Genauigkeit besser.

  3. #3
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    Danke für die Schnelle Antwort!

    Dann lag ich ja nicht ganz daneben. Bei meinen Versuchen war so bei 3,6 V Schluss.
    Ist ein TS914 auch in Ordnung? davon liegen hier auch noch einige rum

    Der etwas komplexe Aufbau der 4 V Spannung erklärt sich aus den selben Gründen wie der TS914: liegt halt rum

    Wenn die Schaltung sonst so passt, würde ich das ganze mal mit nem TS914 an 5 V Versogungsspannung ausprobieren. Ist diese eigentlich problematisch? macht es einen Unterschied ob ich 5 oder 12 Volt verwende?

    Gruß, F.

  4. #4
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    Der TS914 sollte gehen, ich weiss aber nicht ober der 12 V verträgt. mit 12 V versorgung sollte auch der LM2902 gehen. Dann muß aber ein Widerstand zwischen OP und AD Eingang um den Strom zu begrenzen.

    Eigentlich spricht aber nicht viel dagegen die AD Ref. Spannung (2-3 V) zum runtersetzen zu nehmen, dann sollte auch der LM2902 weiter gehen.

  5. #5
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    Hallo,
    m.E. würde es genügen, wenn die oben vorgestellte Schaltung mit einer höheren Versorgungsspannung betrieben wird, z.B. 7,5V oder 10V.
    Gruss Jens

  6. #6
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    Hab die Schaltung jetzt komplett aufgebaut und es scheint mit dem TS914 zu funktionieren.
    Da der Sensor ziemlich schnell reagiert, schwanken die Messwerte ziemlich heftig. Kann ich die Ausgabe irgendwie puffern? Sowas wie einen Kondensator parallel zum Ausgang des TS914? Wenn ja, welche Kapazität wäre angebracht?

    mfg, F.

  7. #7
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    Am Ausgang von OPs sollte man generell Kappatzitäten gegen GND vermeiden, die führen leicht zu schwingungen. Begrenzen der Bandbreite gehören Kondensatoren parallel zu R3 und R4.

  8. #8
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    Nachtrag:

    Der ganze Aufbau rund um den Strömungssensor FS1 funktioniert wirklich gut. Hab den Sensor mit Epoxydharz in einem T-Stück montiert und mittels eines Flügelradanmemometers kalibriert, siehe Anhang.
    Danach habe ich das T-Stück in meinen Teststand gepackt und einen Kompressor drangehängt. Mittels der Kalibierkurve lässt sich nun der Strömungsgeschwindigkeit bestimmen. Zusammen mit dem Querschnitt ergibt sich des Weiteren der Volumenstrom. Ich kam auf 27 m/s was bei 13 mm Querschnitt ca. 210 l/min ergibt. Zum Vergleich: Die Ansaugleistung des Kompressors wird mit 220 l/min angegeben, und der Druck im Rohrsystem war nur gering über Atmosphäre.
    Der FS1 scheint also wirklich gut mit der Schaltung zu funktionieren. Der ganze Aufbau inklusive Sensor kostet ca. 25 €. Ist also wirklich eine tolle Möglichkeit den Volumenstrom zu bestimmen.

    Und nochmals Danke für eure Hilfe!
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken elektronik_162.jpg   sensor_104.jpg   kal_fs1_umkehrfunktion.jpg   kal_fs1.jpg  

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