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Thema: Operationsverstärker richtig anschließen ?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Operationsverstärker richtig anschließen ?

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    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 ?
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    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.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von BMS
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    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

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    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 ?

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von BMS
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    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.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    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.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken op_schem_2.png  

  7. #7
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    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.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    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.

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    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.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    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 ?

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