OP Schaltung 3. Weiterentwicklung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo zusammen,
nochmal vielen Dank für Eure wichtigen Tipps, zum Aufbau der Schaltung.

Ich konnte mir jetzt wieder zwei Stunden Zeit nehmen Eure Tipps zu verarbeiten und dann in die Schaltung mit einfließen zu lassen. Das ist daraus geworden.
Ein paar Fragen hätte ich zur weiteren Entwicklung noch. Mir ist klar, dass die Schaltung bis jetzt noch sehr einfach aufgebaut und sicher nicht praxistauglich ist, aber Stück für Stück kommt man einem hinreichend genauen Aufbau näher.

  1. Frage: Die +13V gebe ich über einen Spannungsteiler auf den voltage inverter für die Minusversorgung des OP. Spannungsteiler ist keine elegante Lösung, aber billig und schnell und ich meine ausreichend, oder? Selbst wenn die Minusspannung etwas wandert, aber woher, dann macht das dem OP nichts aus. Minusspannung nur deswegen, um sicher zu gehen, das der OP genau an die 0V drankommt, denn mir viel es schwer einen Rail to Rail zu finden und so müßte es doch ohne sich weitere Probleme einzuhandeln doch auch gehen, oder?

  2. Ist die Ausgangsspannung des INA114 auf das Ground der gesamten Spannung bezogen? Das ist nämlich auch eine Forderung. Welches Wissen müßte ich mir dazu aneignen, um diese Forderung erfüllen zu können?

  3. Wie würde man das Problem lösen, die Brücke auf Null Volt abgleichen zu können? keine Belastung der Brücke, dann möchte ich 0V Ausgang an der Brücke haben. Muss ich dazu noch ein weiteres, sehr fein einstellbares Poti irgendwo in der Brücke einbauen? Bei R4 könnte ich mir vorstellen.

Herzlichsten Dank für Eure Hilfe.
Viele Grüße und noch ein schönes Wochenende wünscht Matthias.

http://imageshack.us/f/694/dmsbild2.png/

#2

Hallo Matthias,

  1. Wie würde man das Problem lösen, die Brücke auf Null Volt
    abgleichen zu können? keine Belastung der Brücke, dann möchte
    ich 0V Ausgang an der Brücke haben. Muss ich dazu noch ein
    weiteres, sehr fein einstellbares Poti irgendwo in der Brücke
    einbauen? Bei R4 könnte ich mir vorstellen.

Das ist keine gute Stelle.
Am besten ist es zwischen R2 und R10 ein Poti zu schalten.

  1. Potis haben einen grössereb Tk als normale Widerstände.
  2. Wenn sich das Poti im Messzweig befindet geht der Tk des Potis mit in die Messung ein.
  3. Wenn du dir jetzt vorstellst R2 und R10 durch ein Poti zu ersetzen, wird der Spannungsteiler nur durch den Schleifer bestimmt, der Absolutwert des Potis, bzw. der Tk spielt in der Rechnung keinerlei Rolle, nur der Querstrom ändert sich je nach Widerstandswert. Im Hilfszweig spielt der Querstrom aber praktisch keine Rolle (Nach unten wird er nur durch das Netzteil und thermisch begrenzt und nach oben sollte der Querstrom wesintlich grösser sein, als der EIngangsstrom der Messschaltung).
  4. Wenn du R4 veränderlich machst, ändert sich mit dem Verstellen auch der Querstrom durch deinen Messwiderstand, das führt auch immer zu einer Verschiebung des Arbeitspunktes.

Da man heute meistens einen Controller nachgeschaltet hat, kann man auch meist auf einen Abgleich mit Poti verzichten. Man macht den Abgleich dann mit der Software.

  1. Gute Potis sind recht teuer und brauchen auch mehr Platz als ein Widerstand.
  2. Potis haben einen schlechteren Tk als Widerstände.
  3. Potis reagieren als elektromechanische Bauteile z.B. auf Vibrationen.
  4. Mit der Software-Variante kann der Abgleich einfach automatisiert werden, für Potis muss man extra Stellmotoren im Abgleichplatz einbauen.
  5. Allerdings muss die Schaltung so ausgelegt sein, dass man auch im Worst Case noch abgleichen kann und die geforderte Genauigkeit hin bekommt. Für eine Unipolare Spannungsversorgung muss dann der Arbeitspunkt für den Offset so eingestellt werden, dass die Spannung auch im schlechtesten Fall noch z.B. über 0V liegt, bzw. auch bei einem Rail-to-Rail-Ausgang noch im linearen Bereich.

MfG Peter(TOO)
P.S: Für mich war der Reiz beim Entwicklen immer der Minimalismus :wink:

Praktisch hat sich bei Analog auch bewährt möglichst wenige Stufen hintereinander zu haben, paralelle Stufen bringen fast immer kleinere Fehlerwerte.

#3

Hallo,

http://imageshack.us/f/694/dmsbild2.png/

  1. Frage: Die +13V gebe ich über einen Spannungsteiler
    auf den voltage inverter für die Minusversorgung des OP.
    Spannungsteiler ist keine elegante Lösung, aber billig und
    schnell und ich meine ausreichend, oder?

Nein, das ist großer Quark.
Rechne doch mal den Spannungabfall über R1 aus,
wenn der Strom 3mA sein sollte. Merkst du da was?

Wenn du es so machen willst, wäre ein 74L05 geeignet,
um aus 13V die 5V für die Ladungspumpe bereit zu stellen.

Warum überhaupt 13V? Ist eine unübliche Betriebsspannung.
Für 12V gibt es Festspannungsregler in zig Varianten.
Fast 200mW nur auf die Brücke kommt mir auch recht viel
vor.

Man kann auch eine Ladungspumpe für höhere Spannung
nehmen, z.B. ICL7660. Die gibt es üblicherweise für
10V, einige Varianten auch für max. 12V.
uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/SV_Schaltungen.PDF
Der Tiefpass am Eingang dient der Abblockung, nimmt aber
bei bekanntem Betriebsstrom auch etwas Eingangsspannung weg,
so daß man auch mit der 10V-Variante auskommen kann.

Selbst wenn die
Minusspannung etwas wandert, aber woher, dann macht das dem OP
nichts aus. Minusspannung nur deswegen, um sicher zu gehen,
das der OP genau an die 0V drankommt, denn mir viel es schwer
einen Rail to Rail zu finden und so müßte es doch ohne sich
weitere Probleme einzuhandeln doch auch gehen, oder?

Wie Peter schon schrieb, hängt das davon ab, was man damit
weiter anfangen will.
Bei einfachen Lösungen mit uC hat man oft einen ADC mit
Eingangsspannung 0-5V. Da ist es eher unpraktisch,
genau bei 0V zu beginnen. Besser wäre da ein Nullpunkt
knapp über 0V (z.B. 100…200mV), damit man Abweichungen
vom NP nach unten überhaupt mit bekommt.

2.Ist die Ausgangsspannung des INA114 auf das Ground der
gesamten Spannung bezogen?

Nein, auf das Referenzpin.
Wenn du dieses auf Masse legst, dann arbeitet der IC eben
gegen 0V, aber auf den kannst du eben auch einem Offset geben.

Das ist nämlich auch eine
Forderung. Welches Wissen müßte ich mir dazu aneignen, um
diese Forderung erfüllen zu können?

3.Wie würde man das Problem lösen, die Brücke auf Null Volt
abgleichen zu können?

Auch dazu ist das Offsetpin (Pin5) besser geeignet

keine Belastung der Brücke, dann möchte
ich 0V Ausgang an der Brücke haben. Muss ich dazu noch ein
weiteres, sehr fein einstellbares Poti irgendwo in der Brücke
einbauen? Bei R4 könnte ich mir vorstellen.

Kannst du machen.
Aber die Brücke ist so eh nicht notwendig, wenn dein
DMS bloß aus einem Widerstand besteht.
Normal werden die eben als Vollbrücke appliziert,
was erhebliche Vorteile bringt.
Als Halbbrücke geht auch noch.
Wenn du nur einen einzigen Widerstand hast, brauchst du
keine Brücke mehr. Da ginge es auch als einfache
OPV-Schaltung, z.B. so.
uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/PT1000_Schaltung_1.pdf
uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/PT1000_Schaltung_2.pdf
Uwi