Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verstärkungsfaktoren mit OPs wählen


von The_Beginner (Gast)


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Ich bekomme ein Signal von 0-20mV. Ich möchte das Signal verstärken. 
Schaltungstyp - nichtinvertierender Verstärker, wobei R1/R2 den 
Verstärkungsfaktor bestimmen. Bauteil LM 358.

Ich möchte das Signal 200fach verstärken.

Meine Frage dazu - ist es sinnvoll, das Signal in einem Schritt um das 
200fache zu verstärken oder sollte man eine Verstärkung in mehreren 
Schritten durchführen, also z.B. erst um den Faktor 20 und dann nochmal 
um den Faktor 10? Ich kann ja die Widerstände so wählen, dass ich eine 
200fache Verstärkung bekomme, kein Problem, aber mein Gefühl fragt mich 
doch, ob eine gestufte Verstärkung bei dieser Größenordnung sinnvoll 
ist?

von HildeK (Gast)


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Das ist abhängig von der Frequenz des Signals. 10kHz gehen mit dem LM358 
und v=200 nicht mehr auf einmal.
Ansonsten sehe ich keine großen Probleme.

von The_Beginner (Gast)


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noch eine Frage zur Spannungsversorgung. Bei den uC braucht man ja eine 
"saubere" Spannung, deshalb wird noch das Bauteil 7805 mit Kondensatoren 
verwendet. Muss ich das bei den OPAMPs auch so machen, oder reicht eine 
etwas "unsauberere" Spannung bei den Dingern auch aus?

von ArnoR (Gast)


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The_Beginner schrieb:
> Meine Frage dazu - ist es sinnvoll, das Signal in einem Schritt um das
> 200fache zu verstärken

Hängt von der notwendigen Bandbreite ab. Dazu hast du leider nichts 
gesagt. Aber warum es uns auch unnötig einfach machen?

von The_Beginner (Gast)


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HildeK schrieb:
> Das ist abhängig von der Frequenz des Signals. 10kHz gehen mit dem LM358
> und v=200 nicht mehr auf einmal.
> Ansonsten sehe ich keine großen Probleme.

Hmm, also ich habe einen Stromsensor, der liefert mir eben die Spannung 
proportiomal zum durchflossenen Strom. Ich bin mir noch nicht sicher, 
wie oft ich den Strom messen muss, aber max. 2 Messwerte pro Sekunde 
sollten ausreichend sein, dass wäre ja dann "nur" eine Frequenz von 2 
Hertz - wenn ich das richtig gerechnet habe. Also bekomme ich keine 
Probleme???

von The_Beginner (Gast)


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Am Computer habe ich eine Datenerfassungskarte mit USB, die wohl viele 
kennen, die Spannungen bis 4,9 Volt messen kann. Ich wollte mir nach 
oben hin eine kleine Reserve lassen, also das Spektrum von 0-4 Volt 
ausnutzen. Das Mess-Signal geht von 0-0,02 Volt. Daher her 
Verstärkungsfaktor von 200, um von den 0,02 Volt auf die 4,0 Volt am 
Ende des Verstärkers zu kommen.

von HildeK (Gast)


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The_Beginner schrieb:
> Muss ich das bei den OPAMPs auch so machen, oder reicht eine
> etwas "unsauberere" Spannung bei den Dingern auch aus?

OPAs sind allgemein auf niederfrequente Schwankungen der 
Versorgungsspannung (Restbrumm) weniger empfindlich, deren Unterdrückung 
beträgt intern rund 60-100dB. Trotzdem ist eine geregelte Spannung nicht 
falsch und eine Entkopplung zusätzlich nahe der Versorgungspins sehr 
empfehlenswert.

The_Beginner schrieb:
> Das Mess-Signal geht von 0-0,02 Volt. Daher her
> Verstärkungsfaktor von 200, um von den 0,02 Volt auf die 4,0 Volt am
> Ende des Verstärkers zu kommen.
2 Hz sind natürlich kein Problem, aber niemand sagt dir, dass sich das 
Eingangssignal nur mit 2Hz ändert. Das ist der entscheidende Punkt.
Dann hast du noch das Problem, dass dieser OPA schon eine 
Eingangsoffsetspannung von bis zu 7mV haben kann - das ist bei 0-20mV 
schon erheblich viel an Fehler. Da muss du noch einen wesentlich 
besseren suchen!

Wenn du nur mit 5V versorgst, dann ist auch der Ausgang von 4V nicht 
haltbar. Es sind dann mindestens 5.5V, besser 6V erforderlich.

von The_Beginner (Gast)


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HildeK schrieb:
> Eingangsoffsetspannung von bis zu 7mV

kann das Eingangsoffset auch schwanken oder ist es ein fixer Wert, der 
zwar von OPAmp zu OPAmp anders sein kann, aber doch bei ein- und dem 
selben Bauteil konstant bleibt?

von The_Beginner (Gast)


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HildeK schrieb:
> aber niemand sagt dir, dass sich das
> Eingangssignal nur mit 2Hz ändert.

meinst Du damit, dass die Abtastrate zu gering ist und das Messergebnis 
wegen des vielleicht zu geringem Messintervalls zu gering ist?

von The_Beginner (Gast)


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Ich habe noch einen anderen OPAmp, einen LM2902N, aber da hab ich im 
Datenblatt gelesen, dass der auch ein Ofset

Low Input Bias and Offset Parameters
− Input Offset Voltage . . . 3 mV Typ
A Versions . . . 2 mV Typ
− Input Offset Current . . . 2 nA Typ
− Input Bias Current . . . 20 nA Typ
A Versions . . . 15 nA Typ

von 3 mV hat.

Also ist dieser OPAmp auch nicht besser geeignet, um ddas Mess-Signal zu 
verstärken :-(. Gibt es noch eine andere Alternative?

Oder gibts nen Trick, wie ich das Ofset später korrigieren kann? Kann 
man merhere gleiche OPAmps irgendwie miteinander verschalten, so dass 
das Offset wegfällt?

von HildeK (Gast)


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The_Beginner schrieb:
> meinst Du damit, dass die Abtastrate zu gering ist und das Messergebnis
> wegen des vielleicht zu geringem Messintervalls zu gering ist?

Eventuell. Du hast ja nichts über das Messsignal verlauten lassen - nur 
in welchem Bereich es sich ändert, nicht aber wie häufig und wie 
schnell.

The_Beginner schrieb:
> Also ist dieser OPAmp auch nicht besser geeignet, um ddas Mess-Signal zu
> verstärken :-(. Gibt es noch eine andere Alternative?

3mV ist besser als 7mV, aber natürlich noch immer nicht gut für deine 
Anwendung. Der Offset ändert sich von Device zu Device und imho auch mit 
der Temperatur.
Alternativen sind Instrumentenverstärker. Ich habe auswendig keinen Typ 
parat, aber du solltest mit der Forumsuche weiterkommen.

von The_Beginner (Gast)


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Ich möchte gerne von Geräten den Verlauf des Stromes messen können. Dazu 
habe ich von einer Steckerleiste die Isolierung etwas aufgemacht und den 
Stromsensor darangemacht, der mir in Abhängigkeit vom Strom.

HildeK schrieb:
> nicht aber wie häufig und wie
> schnell.

wie schnell und wie häufig sich der Strom ändert - davon hab ich keine 
Ahnung. Darum hab ich einfach mal den Wert von 2 Messpunkten pro Sekunde 
angenommen. Ist das sinnvoll oder muss man in kürzeren Abständen messen?

von HildeK (Gast)


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The_Beginner schrieb:
> wie schnell und wie häufig sich der Strom ändert - davon hab ich keine
> Ahnung. Darum hab ich einfach mal den Wert von 2 Messpunkten pro Sekunde
> angenommen. Ist das sinnvoll oder muss man in kürzeren Abständen messen?

Dann habe ich erst recht keine Ahnung - ich kenne erstens deine Geräte 
nicht, an denen du misst und auch nicht, was du als Ergebnis erwartest.
Es reicht natürlich, wenn du den Gleichstrom einer Taschenlampe wissen 
willst. Aber bei 50Hz-Wechselstrom solltest du mehr als 100mal pro 
Sekunde messen und dann die Kurve auswerten.
Was willst du mit dem Messwert anfangen? Wie auswerten? Davon hängt eben 
vieles ab.

von The_Beginner (Gast)


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Ich möchte gerne den Stromverlauf von Geräten messen können. Beispiel 
Waschmaschine. In der Heizphase zieht sie einen anderen Strom wie in der 
Schleuder- oder Waschphase.

von The_Beginner (Gast)


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und ich will den Verlauf eben grafisch darstellen können. Ich hatte halt 
nur gedacht, dass sich der Wert des Stromes ja nicht allzuschnell 
ändert, darum dachte ich, dass vielleicht 2 Messwerte pro Sekunde 
ausreichend sind? Weil so eine Heizphase könnte ja schon 5 Minuten bspw. 
dauern. Genauso wie bei der Spülmaschine. Das ändert sich ja auch nicht 
im Sekundentakt. Das Problem ist naturlich, dass das Signal an sich auch 
schwingt. Ich habe es an ein Oszi angeschlossen und wenn ich z.B. dann 
einen Staubsauger damit einschalte, dann bekomme ich ziemliche 
Zickzackkurven, die hoch- und runtergehen. Ist nur der Computer an oder 
der Drucker - da hab ich augenblicklich Geräte mit Last ausprobiert beim 
Messen, dann ist das Schwingen nicht so groß. Wahrscheinlich muss ich 
deshalb eine Frequenz von 100 Hz oder größer wählen, damit ich besser 
einen sauberen Mittelwert später bei der Auswertung machen kann.

von The_Beginner (Gast)


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HildeK schrieb:
> Dann hast du noch das Problem, dass dieser OPA schon eine
> Eingangsoffsetspannung von bis zu 7mV

Im Datenblatt steht übrigens:

Low Input Ofset voltage: 2mV. Oder kommen die 7 mV ggf. noch durch 
andere Einflüsse hinzu?

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