Hallo

Auf zum Messverstärker.

Der Messbereichsverstärker dient dazu einen Ausschnitt aus dem vom
Differenz.- und Pegel*ver*stärker aufbereiteten Differenzspannungsbereich
auf den Referenzspannungsbereich des ADC ab*zu*bilden. Es soll möglich
sein drei Bereiche ±400mV ±4V und ±40V mit jeweils 2^10 Worten zu
digitalisieren.

Um eine automatische Messbereichsumschaltung durch den PIC zu
realisieren wird einer der die Ver*stärkung bestimmenden Widerstände R9
so realisiert das er durch zuschaltbare Parallel*wider*stände R8, R10
ver*ändert werden kann.

Der Differenzspannungsbereich Ud = UV1+ - UV1- geteilt durch den
Referenzspannungsbereich Uref = Uref+ - URef- ergibt die geforderte
Gesamtverstärkung vGes = vDif * vPeg * vMes der drei Verstärker*stufen.

Daraus berechnet sich dann die, in Tabelle 4 tabellarisierte, für einen
Messbereich einzustellende Verstärkung für den Mess*be*reichs*verstärker
vMes = vGes / (vDif * vPeg).

Bild hier  
Tabelle 4

Bei einem Messbereich ±Ud = 0,4V mit einer Verstärkung vMes=234,7231
reduziert sich die Band*breite fg des Messverstärkers auf
fg = fGBP / vMes = 0,8MHz / 234,7231 = 3,408kHz.

Es ist zu überlegen, die für die Auslegung des Antialiasing-Filters gemachte
Annahme von fg = 4kHz zu ändern oder unter Beibehaltung der Bandbreite
den den Messbereich so zu er*weitern, dass die Verstärkung vMes kleiner
gleich 200 wird.

Zur Dimensionierung des Widerstandsnetzwerks R7, R8, R9, R10 wird als
Ausgangspunkt R7 zu 100kOhm festgelegt. Die Drain-Source Widerstände
der n-MosFETs T3, T4 haben im aus*ge*schalteten Zustand UGS=0V einen
geschätzten Wert von 6MOhm. (Zero Gate Voltage Drain Current=10µA bei
einer Drain Source Spannung von 60V laut Datenblatt). Im eingeschalteten
Zu*stand ist mit 0,5Ohm zu rechnen. In der weiteren Rechnung werden
diese als vernachlässigbar an*ge*sehen.

Als nächstes wird R| | = R7 / (vMes – 1), welcher mit dem Widerstand R7
den verstärkungs*be*stimmenden Spannungsteiler des Messbereichsver-
stärkers bildet, für die festgelegten Verstärkungs*faktoren vMes bestimmt.
Um die Verstärkung zu erhöhen, wird mit den FETs jeweils ein weiterer
Wider*stand R10 = (R||*R9) / (R||-R9) und
R8 = 1 / ( (1/R||) - (1/R9) - (1/R10) ) parallel zu R9 geschaltet. (Tabelle 5)

Bild hier  
Tabelle 5

Um Variationen in der Referenzspannung und den Verstärkungsfaktoren
des Differenz und Pegel*ver*stärkers ausgleichen zu können ist R7 mit einem
Festwiderstand R7_R und einem Potentiometer R7_P abgleichbar aus*ge-
führt. Für einen Variationsbereich für R7 von ±10% ergeben sich die, in
Tabelle 6 dargestellten, folgenden prozentualen Änderungen der
Verstärkung.


Bild hier  
Tabelle 6

Dies führt auf folgende Bauteilwerte für R7 in Tabelle7.

Bild hier  
Tabelle 7

Die Widerstände R8, R9, R10 (Tabellen 8 bis 10) werden mit Potentio-
metern versehen um die Bauteiltoleranzen aus*zu*gleichen. Ein Stellbereich
von ±2% sollte ausreichen.

Bild hier  
Tabelle 8
Bild hier  
Tabelle 9
Bild hier  
Tabelle 10

Grüße GeoBot