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Thema: Problem: Instrumentenverstäker mit TLC271

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Problem: Instrumentenverstäker mit TLC271

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    Hallo zusammen,

    ich habe mal wieder ein OPAmp Problem. Zur Verstärkung des Ausgangssignals eines Drucksensors (Brückenschaltung) habe ich mir einen Instrumentenverstärker aufgebaut. Zwei Impedanzwandler um die Brückenschaltung nicht zu belasten und dahinter ein Differenzverstärker um die Brückenspannung annähernd auf den Eingangsbereich (Atmega 0-5V) meines ADCs zu bringen.

    Voraussetzungen wenn möglich hierzu:

    - Single Supply 5V, klar weil Atmega
    - Rail2Rail
    - Verstärkung irgendwo im Bereich von mindestens 250, besser 500, weil die Brückenspannung sehr klein ist.

    Prinzipiell funktioniert das ganze auch beinahe wie gedacht, aber nur wenn ich die drei TLC721 mit ca. 12V Single Supply betreibe. Sobald ich die Vcc reduziere, klappt es nicht mehr. Der Ausgang des Differenzverstärkers liegt dann für 0V Eingangssignal (Brückenspannung) nicht mehr Nahe GND, sondern auf bis zu 250mV (teils auch darüber). Sobald ich bei gleicher Eingangsspannung Vcc der Verstärker erhöhe, klappt alles ganz gut. Ich würde aber sehr gerne keine größere Spannung als VCC benutzen um den Atmega zu schützen.

    Im Anhang ein Screenshot des Schaltplans. R1 bis R4 stehen dabei für die Messbrücke.
    Datenblatt des Sensors: http://www.reichelt.de/index.html?&A..._DS_KE_DBD.pdf

    Ich habe das ganze auch schon für viel kleinere Verstärkungen getestet, gleiche Verstärkungen mit anderen (niederohmigeren) Widerstandsverhältnissen realisiert. Das Verhalten ändert sich aber nicht.

    Habt ihr einen Tipp für mich, wie ich das ganze in den Griff kriegen kann?

    Florian.

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Instrumentenverstärker.jpg
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Zitat Zitat von Florian. Beitrag anzeigen
    Habt ihr einen Tipp für mich, wie ich das ganze in den Griff kriegen kann?
    Negative Versorgungsspannung z.B. -5V aus +5V durch ICL7660 für die OPVs sollte dein Problem lösen.
    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 Fleißiges Mitglied
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    Zitat Zitat von PICture Beitrag anzeigen
    Hallo!



    Negative Versorgungsspannung z.B. -5V aus +5V durch ICL7660 für die OPVs sollte dein Problem lösen.
    Meinst Du, mit Single Supply habe ich keine Chance? Ich habe leider nicht das Know How um das zu verstehen. Lässt sich der Effekt, der hier vorliegt einfach erklären? Für welche Fälle würde so eine Single Supply Lösung dann z.B. gut funktionieren um für die Zukunft etwas dazu lernen zu können?

    Des Weiteren stellt sich mir immer die Frage wie ich in der Praxis die Widerstände dimensionieren soll. Bsp. 1M und 2k für eine Verstärkung von 500 oder 500K und 1K für die selbe Verstärkung bezogen auf meinen Differenzverstärker aus der angehängten Schaltung. Gibt es da vielleich eine Best Practice Regel mit der man die meisten Fälle erwischt?

    Vielen Dank für die schnelle Hilfe.

  4. #4
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    Hallo,
    bei single supply hat man durchaus eine Chance. Allerdings arbeitet dein gewählter Operationsverstärker nicht komplett rail-to-rail. Der Eingangsspannungsbereich geht Laut Datenblatt von 0V bis nur Versorgungsspannung-1,5V, also z.B. bei 5V Versorgung kann der OpAmp nur Eingangsspannungen bis 3,5V gegen Masse verarbeiten. Du brauchst wahrscheinlich nur einen OpAmp, der am Eingang und am Ausgang echtes rail-to-rail-Verhalten zeigt.
    Grüße, Bernhard
    "Im Leben geht es nicht darum, gute Karten zu haben, sondern auch mit einem schlechten Blatt gut zu spielen." R.L. Stevenson

  5. #5
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    Eben, der TLC271 ist leider nicht dem LT6010 aus dem von dir geposteten Schaltplan gleich. Ich kann nur raten : für jeden Ersatz zuerst beide sehr genau vergleichen.
    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!

  6. #6
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    Hallo,
    ein Instrumentenverstärker sieht eigentlich so aus:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:I...ier_3OpAmp.svg
    mfg klaus

  7. #7
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    Der klassische Instrumentenverstärker ist besser als die Schaltung oben - die ersten Stufen übernehmen dabei die Verstärkung (zumindest das meiste), die widerstände für den letzten OP dürfen dann auch höher sein, so dass es der OP leichter hat nahe an GND zu kommen. Der TLC271 ist nur eingeschränkt Single-supply fähig, da gibt es Limit das Ein- und Ausgänge nicht gleichzeitig nahe GND sein sollen. Dazu kommt das man nach oben die etwa 3 V Reserve braucht. Ein besserer Typ wäre ein Rail-Rail OP wie MCP6004 oder TS914 (sind jeweils 4 fach Typen), alternativ auch gleich ein Instrumentenverstärker fertig als IC. Es kommt auch noch auf die Anforderungen an: bei so viel Verstärkung ist dann ggf. der Offset zu groß.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von BMS
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    Der klassische Instrumentenverstärker ist besser als die Schaltung oben - die ersten Stufen übernehmen dabei die Verstärkung (zumindest das meiste)
    Allerdings muss man dann aufpassen, dass bei hoher Verstärkung in der ersten Stufe die OpAmps nicht in die Begrenzung laufen. Das lässt sich zum Glück ja alles ausrechnen
    Grüße, Bernhard
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