OpAmp Problem

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13.06.2006, 12:57
Quincy

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OpAmp Problem

Ich habe vor ein Sensorsignal zu verstärken und dabei bin ich auf ein für mich kurioses Problem mit meinem Operationsverstärker gestoßen. Meine Verstärkerschaltung (Differenzverstärker) funktioniert mit einem TS912 (annähernd) wie erwartet, ersetze ich ihn jedoch durch einen LM358, so erhalte ich einen Offset an der Ausgangsseite von fast 0,7 Volt, der sich nicht unterschreiten lässt. Baut man mit denselben Verstärkern einen normalen nicht-invertierenden Verstärker, so verhalten sie sich fast gleich.
Was ich irritierend finde ist, dass die Spannung am invertierenden Eingang isch in der Schaltung des Differenzverstärkers unterscheidet, wenn man nur den Verstärker selbst tauscht und die restliche Schaltung belässt. :-k

Im Prinzip stellt sich die Frage: Was unterscheidet einen LM358 von einem TS912 (außer Rail-to-Rail, aber das brauche ich in diesem Fall nicht). Ich glaube ich habe irgendwas ganz Blödes übersehen, aber komme nicht drauf. ](*,)

Zahlen, Diagramme und Schaltpläne gibts im folgenden PDF. Vielen Dank für jeden noch so kleinen Hinweis.
13.06.2006, 13:18
Manf

Re: OpAmp Problem

Zitat:

Zitat von Quincy

Vielen Dank für jeden noch so kleinen Hinweis.

In einer schwingenden Analogschaltung können solche Effekte auftreten.
Wenn sich die Werte bei Änderung der kapazitven Lasten und Kopplungen ändern kann man noch einmal genauer hinsehen.
Manfred
13.06.2006, 13:46
ogni42

was passiert denn, wenn Du R3 und R3 mal vergrößerst.?
13.06.2006, 14:51
Quincy

Re: OpAmp Problem

@Manf
Schwingungen sehe ich mit dem Oszi am Ausgang des OpAmps in Höhe von ca. +-50mV, allerdings sind sie unabhängig vom verwendeten Verstärker. Auch ein Kondensator (100nF) gegen Masse ändert daran nix...

@ogni42
Wenn ich R1 und R3 größer mache, sinkt die "Offset"-Spannung langsam ab:

2,7k --> 0,675V
3,9k --> 0,643V
10k --> 0,323V

Das Problem ist allerdings, dass ich R1 nicht beliebig wählen kann, weil damit der Sensor linearisiert wird. Außerdem sind 0,3V bei 10k ja immer noch recht viel....
13.06.2006, 15:38
ogni42

Ich meinte natürlich R3 und R4. Da muss ja nur das Teilerverhältnis stimmen. Meine hinter dem Vorschlag liegende Vermutung: Durch den Gegenkopplungswiderstand fliesst nicht genügend Strom um beim LM und den gegebenen Widerständen bei niedrigem Output richtig zu funktionieren.
13.06.2006, 16:18
Manf

Re: OpAmp Problem

Zitat:

Zitat von Quincy

Schwingungen sehe ich mit dem Oszi am Ausgang des OpAmps in Höhe von ca. +-50mV, allerdings sind sie unabhängig vom verwendeten Verstärker. Auch ein Kondensator (100nF) gegen Masse ändert daran nix.

Ja und, soll das so bleiben?
13.06.2006, 19:03
Quincy

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Also der Vorschlag von ogni42 zeigt Wirkung. Da die Verstärkung bei Veränderung von R3 und R4 auch verändert wird, musste ich auch noch R8 anpassen, aber jetzt scheint das Problem behoben zu sein. Siehe dazu im PDF "Differenzverstärker 2". Ich habe allerdings noch nicht verstanden wieso das so ist... :-k

@Manf
Nein, das sollte nicht so bleiben, aber ich hab schon mehrere Kondensatoren an verschiedenen Stellen probiert. Es bleiben sehr hochfrequente Störungen (>10MHz) übrig...
Hast du nen Vorschlag? Ich bin ja auch noch blutiger Anfänger... 8-[
13.06.2006, 19:16
dennisstrehl

Ich weiß nicht, ob das daran liegen könnte, dass der OpAmp schwingt, aber wenn das der Fall ist, hilft es meist, einen sehr kleinen Kondensator (100pF, ggf. auch mehr) vom Ausgang des OpAmps auf den invertierenden Eingang zu legen. Dadurch wird die Slew-Rate des OpAmps begrenzt, es macht also im Grunde nen schwachen Tiefpass aus der Schaltung.

Edit: Dabei sollte man darauf achten, dass der Ausgangswiderstand des Spannungsteilers vor dem invertierenden Eingang nicht zu niederohmig ist, denn dann hat man nen RC-Glied ohne R (bzw. mit sehr kleinem R) und damit auch keine (kaum) Filterwirkung.

MfG
14.06.2006, 00:04
Quincy

Also die Kondensatoren kann ich irgendwie hinbauen wo ich will, ich merk keinen Effekt...

Wovon ich aber leider einen Effekt merke ist vom Messen selbst (oszi, Multimeter). Ich habe bei den nun recht großen Widerständen eher Probleme überhaupt noch was "richtig" zu messen. Die Eingänge der Messgeräte sind zwar hochohmig, aber selbst ein Megaohm verändert die Schaltung ganz gehörig...
14.06.2006, 07:47
Manf

Mit der Schwingung ist ein Arbeiten mit dem Operationsverstärker praktisch nicht möglich.
Wie sieht denn die Versorgungsspannung aus? Ist die Versorgungsspannung mit Kondensatoren geblockt?
Wie ist die Schaltung aufgebaut? (Ich weiß nicht, ob die Schaltung gedruckt, auf dem Steckbrett, mit Krokokabeln oder mit 4mm Laborkabeln aufgebaut ist. )
Können Leitungslängen im Aufbau verkürzt werden?
Gibt es eine Kopplung durch Leitungsführung vom Ausgang zum Eingang?
Manfred
14.06.2006, 08:14
Quincy

Zitat:

Zitat von Manf

Mit der Schwingung ist ein Arbeiten mit dem Operationsverstärker praktisch nicht möglich.
Wie sieht denn die Versorgungsspannung aus? Ist die Versorgungsspannung mit Kondensatoren geblockt?

Ja ist sie. Die Spannung selbst kommt aus einem PC Netzteil und ist sauber, sobald sie auf das Board kommt ist sie das nicht mehr wirklich. Ich habe einen Quarzoszillator, der mir übel reinstreut, aber den habe ich einigermaßen ruhig stellen können. Ich probier die Werte der Kondensatoen meist nur aus, oder kann man da irgendwas rechnen?

Zitat:

Zitat von Manf

Wie ist die Schaltung aufgebaut? (Ich weiß nicht, ob die Schaltung gedruckt, auf dem Steckbrett, mit Krokokabeln oder mit 4mm Laborkabeln aufgebaut ist. )

Auf Lochraster, größtenteils gelötet mit Litze. Teile davon auch fliegend mit Krokoklemmen, aber auch wenn ich die weglasse wirds nicht besser.

Zitat:

Zitat von Manf

Können Leitungslängen im Aufbau verkürzt werden?

Im Endaufbau ja, im Testaufbau wirds jetzt was schlecht

Zitat:

Zitat von Manf

Gibt es eine Kopplung durch Leitungsführung vom Ausgang zum Eingang?

Ähm ja...das ist ja Sinn der Schaltung am Ausgang des OpAmp zu seinem negativen Eingang. Oder meintest du jetzt was anderes?
14.06.2006, 09:00
Manf

Mit der Kopplung meine ich eine die für die Schwingung verantwortlich sein könnte, z.B. eine kapazitive Kopplung. Man kann soetwas feststellen wenn man sie verändert und sich die Schwingung in Frequenz oder Amplitude ändert.
Wenn die Ursache der Schwingung so gar nicht gefunden werden kann, kann es auch helfen einen anderen OP zu nehmen, der weniger empfindlich ist.

Eine DC Messschaltung die nebenbei noch ein bisschen schwingt geht wohl eher nicht.
Manfred
14.06.2006, 09:05
Quincy

Außer nem Draht und nem Widerstand ist da nix. Ich hab auf Anraten von dennisstrehl (siehe oben) mal das mit dem Kondensator probiert, aber das ändert nichts. Zumindest habe ich absichtlich nichts eingebaut. Die Schwingung ist auf jeden Fall so hochfrequent, dass ich sie kaum Messen kann (neben dem anderen Problem beim Messen von oben)
14.06.2006, 09:19
Manf

Zitat:

Zumindest habe ich absichtlich nichts eingebaut.

Das glaube ich, nur die Schwingung muss weg (oder die Schaltung). Die unabsichtlichen Kopplungen muss man dann halt noch suchen und entfernen.

Zitat:

neben dem anderen Problem

Ich denke die Schaltung ist so übersichtlich, das es insgesamt nur ein Problem ist.
Manfred
14.06.2006, 09:35
Quincy

Ich werde nochmal suchen und nacheinander alles mal abklemmen..so hab ich den Quarzoszillator ja auch schon gefunden...
14.06.2006, 09:55
kalledom

Wer viel misst, misst viel Mist.
Könnte es sein, daß der Oszillator in den Meßaufbau bzw. in die Meßleitung (Meßschleife / GND-Schleife / Erdschleife) 'einstrahlt' und so 'vorgegaukelt' wird, da schwingt was ?
14.06.2006, 12:19
Quincy

Ja das ist wohl wahr..und viel Mist mess ich im Moment auch.

Der Oszillator ist auf jeden Fall eine der Hauptquellen. Ich könnte ihn natürlich mal spaßeshalber aus einer anderen Spannungsquelle versorgen und schauen wie es dann ist. Bis jetzt krieg ich ihn ruhiger, aber nicht total ruhig...
14.06.2006, 17:37
kalledom

Da wird Dir nicht nur eine andere Spannungsquelle helfen, der Masseverlauf dürfte bei Deinem Problem (was vielleicht gar keines ist) eine weitaus größere Rolle spielen.
Der GND des Oszillators und der GND des OpAmp sollten sternförmig vom Einspeisepunkt verlaufen, wo auch der erste Blockkondensator und ein Elko sich befinden. Das Gleiche gilt natürlich auch für den Plus.
Dann macht es auch Sinn, unmittelbar an Plus und GND vom Oszillator und OpAmp jeweils den nächsten Blockkondensaor 100...220nF zu setzen.
Und der GND zum Scope ?
15.06.2006, 16:09
Quincy

Also ich hab jetzt das halbe Board mit Kondensatoren zugeplastert, Leitungen umgelegt und sukzessive die einzelnen Bauteile abgetrennt, aber trotzdem waren die Störungen noch da.

Letzten Endes habe ich dann den Oszillator abgeklemmt und den internen benutzt und siehe da: Die Störungen sind weg. Jetzt läuft die Kiste zwar "nur" mit 8MHz, aber dafür ist Ruhe im Laden. Ich habe irgendwie das Gefühl, dass der schon aus seinem Gehäuse strahlt (Plastik?!) und schon nur seine bloße Anwesenheit alles ruiniert
15.06.2006, 17:59
PICture

Hallo Quincy!

Du kannst noch den Oszillator mit einem Blech oder Folie dicht abschirmen versuchen und seine Betriebspannung per Keramik-Durchführungskondensator in den Schirm einführen.

MfG
15.06.2006, 20:58
Manf

Läuft denn jetzt der OPV so wie er soll?
Dann kannst Du ja den Oszillator langsam wieder kommen lassen und den Einfluss beobachten.
Manfred
15.06.2006, 21:12
kalledom

Hast Du den Meßtaster zum Scope auf 1:10 stehen ?
Sonst wird evtl. über die 'Windung / Schleife' GND ... Scope ... Tastkopf die Oszillator-Frequenz auf alle Meßsignale dazu 'induziert'.
Ich würde diese 50mV 'Störsignal' nicht zu hoch bewerten. Der OpAmp (und der Rest) sollte das tun, was ihm durch die Beschaltung vorgegeben ist.
16.06.2006, 07:09
Quincy

Zitat:

Zitat von PICture

Du kannst noch den Oszillator mit einem Blech oder Folie dicht abschirmen versuchen und seine Betriebspannung per Keramik-Durchführungskondensator in den Schirm einführen.

Irgendwie sowas muss man mal probieren, aber selbst dann habe ich ja immer noch die Zuleitung zum µC als "Antenne". Ich hätte nie gedacht, dass das so große Probleme machen kann...

Zitat:

Zitat von Manf

Läuft denn jetzt der OPV so wie er soll?
Dann kannst Du ja den Oszillator langsam wieder kommen lassen und den Einfluss beobachten.
Manfred

Jein. Mein Plan ist ja verschiedene, einstellbare Verstärkungen zu nutzen und dazu muss ich den Rückkopplungswiderstand rein rechnerisch zwischen 20k und 160k verändern. Bei hohen Werten verhalten sich beide Verstärker ähnlich, aber bei z.B. 22k Rückkopplungswiderstand und dem Spannungsteiler am invertierenden Eingang von 56k/22k hab ich beim LM358 wieder einen "Offset" von 0,1V. Der TS912 macht das wieder nicht. Das Problem wird also schwächer bei hohen Widerständen, aber es verschwindet nicht. Ich stehe also immer noch vor der Frage welcher Punkt in den Daten der OpAmps dies bewirkt um ggf. einen anderen, auch recht billigen OPV nutzen zu können, der diese Eigenschaft des TS912 hat.
Das Messsignal ist natürlich jetzt ohne Störoszillator viel sauberer und ruhiger, jetzt müsste nur noch der Wert stimmen :-b

Zitat:

Zitat von kalledom

Hast Du den Meßtaster zum Scope auf 1:10 stehen ?
Sonst wird evtl. über die 'Windung / Schleife' GND ... Scope ... Tastkopf die Oszillator-Frequenz auf alle Meßsignale dazu 'induziert'.
Ich würde diese 50mV 'Störsignal' nicht zu hoch bewerten. Der OpAmp (und der Rest) sollte das tun, was ihm durch die Beschaltung vorgegeben ist.

Ja, der Messtater ist wohl baulich so (es steht 1:10 drauf). Man muss dazu sagen, dass das Scope schon etwas älter ist und ich auch keine Bedienungsanleitung etc. habe. Aber so kompliziert viele Dinge gibts auf Grund des Alters daran auch wieder nicht...
Ich weiß warauf du hinaus willst: Ich messe was, was ich nur messen kann, wenn ich das Scope benutze, weil ich es erst dadurch erst "empfange". Es ist aber wie oben schon geschrieben am Display der Schaltung zu sehen, dass die gemesse Spannung durch den ADC des µC viel stabiler ist als vorher, was dafür sprechen würde, dass dieses Störsignal immer da ist.