Hi, ich wollte mal was mit Opamps machen und könnte die jetzt in einem Gerät gut gebrauchen. Anbei also meine erste Schaltung mit Opamps, ein Lowside Shunt-Verstärker und eine elektronische Sicherung (der 2. Teil des LM358 soll ja nicht brach liegen). Ich möchte Ströme von 50mA bis 2A messen können, ausgewertet wird das ganze von einem 10 Bit ADC in einem Atmega. Wo ich mir jetzt noch etwas unsicher bin ist die Genauigkeit die ich damit erzielen kann. Ich hab die Temperaturkoeffizienten der Widerstände und Spannungsreferenz mal simuliert und das lag gerade im Randbereich dessen, was der ADC noch auflöst - also alles bestens. Die Schaltung wird am Anfang (und später wenn nötig) mit Null- und Vollast kalibriert (über die 2 Punkte digital im Controller). Damit sollten sich auch die Widerstandtoleranzen in den Griff bekommen lassen. Wie sieht es aber mit der Input Offset Voltage des LM358A aus? Im Datasheet von National steht da wenn ich richtig gelesen hab max. 5mV drin. Bei 50mA fallen über dem Shunt aber nur 5mV ab, da machen 5mV hin oder her also schon was aus. Ich dachte jetzt an folgendes: Ich weiß ja wann der FET aus ist und damit kein Strom über die Last fließt. Dann sample ich den aktuellen Wert am ADC und habe damit meinen Referenz-Nullpunkt. Ich habe den Eingangslevel extra über R7 und R8 etwas angehoben damit ich so auch eine negative Offset Voltage kompensieren kann. Ich vermute daß sich die Input Offset Voltage aber wegen dem Feedback auch auf die Verstärkung auswirkt. Richtig? Wenn ja, wie stark? Sollte ich hier im Betrieb auch noch irgendwelche Kalibrierung vorsehen? Oder ist die Input Offset Voltage bei einem konkreten Bauteil eher konstant so daß man da im Betrieb gar nichts machen muß? Gibt es noch irgendwelche Linearitätsfehler, Rauschen oder sonstige Fehler die ich übersehen habe? Für Anregungen zur Verbesserung der Schaltung an sich bin ich auch offen. Gruß, Gerd
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>Ich vermute daß sich die Input Offset Voltage aber wegen dem Feedback >auch auf die Verstärkung auswirkt. Richtig? Umgekehrt: Die Verstärkung hat Einfluß darauf, wieviel du von der Offsetspannung am Ausgang siehst. Bei dir wird sie rund 10fach verstärkt. >Oder ist die Input Offset Voltage bei einem konkreten Bauteil eher >konstant so daß man da im Betrieb gar nichts machen muß? Der Temperaturgang der Offsetspannung läßt sich oft dem Datenblatt entnehmen. >Gibt es noch irgendwelche Linearitätsfehler, Rauschen oder sonstige >Fehler die ich übersehen habe? Der LM358 ist ein bipolarer OPamp mit beachtlichen Eingangsströmen: 500nA über 10kOhm sind nochmals 5mV, die sich der Offsetspannung hinzuaddieren. Was du übersehen hast, ist, daß der LM358 am Ausgang nicht bis auf 5V heraufkommt, sondern bei 3,5V Schluß ist. Außerdem steuerst du den FET mit einem sehr großen Gatestrom auf. Dieser Strom fließt kurzzeitig ebenfalls über R1 und kann eventuell deine Messung verfälschen.
Hallo Elena, Danke für Deine rasche Antwort. >>Ich vermute daß sich die Input Offset Voltage aber wegen dem Feedback >>auch auf die Verstärkung auswirkt. Richtig? > > Umgekehrt: Die Verstärkung hat Einfluß darauf, wieviel du von der > Offsetspannung am Ausgang siehst. Bei dir wird sie rund 10fach > verstärkt. Mir ist klar, daß ein Fehler, der durch den Offset reinkommt, auch mit verstärkt wird. Mir ging es aber darum ob der Faktor der Verstärkung auch vom Offset abhängig ist oder nicht. Also ob sich der Faktor Volt am Shunt / Volt aus dem Opamp ändert oder nicht. Davon hängt ja ab, ob die Kalibrierung des Nullpunkts reicht oder ob ich besser noch regelmäßig einen 2. Punkt zur Kalibierung nehmen sollte. >>Oder ist die Input Offset Voltage bei einem konkreten Bauteil eher >>konstant so daß man da im Betrieb gar nichts machen muß? > > Der Temperaturgang der Offsetspannung läßt sich oft dem Datenblatt > entnehmen. 20 µV/°C, bei 30°C Temp-Schwankung entspricht das 6mA Meßfehler - das kann ich verkraften. Aber sonst hüpft da bei einem konkreten Bauteil nix rum? Die Input Offset Voltage ist also kein Rauschen, sondern bleibt relativ konstant, richtig? Dann sollte sich das doch gut durch die geplante Nullpunkt-Kalibrierung ausbügeln lassen. >>Gibt es noch irgendwelche Linearitätsfehler, Rauschen oder sonstige >>Fehler die ich übersehen habe? > > Der LM358 ist ein bipolarer OPamp mit beachtlichen Eingangsströmen: > 500nA über 10kOhm sind nochmals 5mV, die sich der Offsetspannung > hinzuaddieren. Du meinst den "Input Bias Current", richtig? Den hatte ich nicht richtig zuordnen können. Von daher wäre es doch klüger, R8 größer zu wählen und dann halt R7 anzupassen daß meine Spannungsanhebung noch passt. > Was du übersehen hast, ist, daß der LM358 am Ausgang nicht bis auf 5V > heraufkommt, sondern bei 3,5V Schluß ist. Ich muß nur bis 2A messen und das sind rund 2,4V. Außerdem ist die Referenz für meinen ADC bei 2,495V, von daher geht es eh nicht höher. > Außerdem steuerst du den FET mit einem sehr großen Gatestrom auf. Dieser > Strom fließt kurzzeitig ebenfalls über R1 und kann eventuell deine > Messung verfälschen. Ah, danke, daß waren wohl die Peaks beim Einschalten deren Herkunft mir noch nicht ganz klar war. Der Opamp braucht aber lt. Simulation eh ne Zeit bis das Ergebnis brauchbar ist. Ich hab daher die PWM mit 1KHz / Minimum 10% eh langsamer gewählt. Dann kann ich in der 2. Hälfte der Einschaltzeit das Sample&Hold vom ADC auslösen und sollte brauchbare Werte bekommen.
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>Mir ging es aber darum ob der Faktor der Verstärkung >auch vom Offset abhängig ist oder nicht. Nein, ist er nicht. >Davon hängt ja ab, ob die Kalibrierung des Nullpunkts reicht oder ob ich >besser noch regelmäßig einen 2. Punkt zur Kalibierung nehmen sollte. Einer reicht. >Aber sonst hüpft da bei einem konkreten Bauteil nix rum? Nein. >Die Input Offset Voltage ist also kein Rauschen, sondern bleibt relativ >konstant, richtig? Ja. >Dann sollte sich das doch gut durch die geplante Nullpunkt-Kalibrierung >ausbügeln lassen. Ja. >Du meinst den "Input Bias Current", richtig? Den hatte ich nicht richtig >zuordnen können. Von daher wäre es doch klüger, R8 größer zu wählen und >dann halt R7 anzupassen daß meine Spannungsanhebung noch passt. Nein, an R8 findet ja gerade der Spannungsabfall des "input bias current" statt. Genau das Gegenteil wäre richtig. Siehe Anhang. >Ich muß nur bis 2A messen und das sind rund 2,4V. Außerdem ist die >Referenz für meinen ADC bei 2,495V, von daher geht es eh nicht höher. Stimmt, ich hatte die dritte Null bei R7 nicht gesehen... Was mir jetzt noch auffällt, ist, daß die Gegenkopplung mit rund 1k recht niederohmig ist. Ich würde die Last für den LM358 deshalb auf mindestens 2k anheben. Siehe Anhang. Generell ist zu sagen, daß der LM358 ein sehr sehr gewöhnlicher OPamp ist, den ich in Meßschaltungen eher nicht verwenden würde...
Hallo Elena, Vielen Dank daß Du Dir die Mühe gemacht hast, mir nicht nur zu Antworten sondern sogar zu simulieren. >>Du meinst den "Input Bias Current", richtig? Den hatte ich nicht richtig >>zuordnen können. Von daher wäre es doch klüger, R8 größer zu wählen und >>dann halt R7 anzupassen daß meine Spannungsanhebung noch passt. > > Nein, an R8 findet ja gerade der Spannungsabfall des "input bias > current" statt. Genau das Gegenteil wäre richtig. Siehe Anhang. Hast Recht, muß wohl schon zu spät gewesen sein gestern Abend. > Stimmt, ich hatte die dritte Null bei R7 nicht gesehen... Das LTspice kommt irgenwie zwischen Mega und Milli durcheinander, da muß man sich mit Nullen behelfen :-0 > Was mir jetzt noch auffällt, ist, daß die Gegenkopplung mit rund 1k > recht niederohmig ist. Ich würde die Last für den LM358 deshalb auf > mindestens 2k anheben. Siehe Anhang. Was hat das für einen Hintergrund? Hast Du mir da vielleicht eine kurze Erklärung oder ein Stichwort unter dem ich im Web mehr Infos finde? > Generell ist zu sagen, daß der LM358 ein sehr sehr gewöhnlicher OPamp > ist, den ich in Meßschaltungen eher nicht verwenden würde... Ich wollte extra mit einem absoluten Standard-Billig-Teil anfangen um ein Gefühl dafür zu bekommen wie weit man damit kommt, wo die Grenzen sind und auf welche Werte man in den Datenblättern bei welchem Problem achten muß. Gruß, Gerd
> Das LTspice kommt irgenwie zwischen Mega und Milli durcheinander, da muß
man sich mit Nullen behelfen :-0
Das LTspice sicher nicht, aber du. :-)
m oder M ist milli in SPICE.
Meg, MEG, meg, MeG, mEG, ... ist Mega.
Gerd E. schrieb: > Input Offset Voltage des LM358A aus? Falls der Offset dir zu hoch sein sollte kannst Du ja den LM358A durch einen LT1013 ersetzen. Gruß Anja
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>Was hat das für einen Hintergrund? Hast Du mir da vielleicht eine kurze >Erklärung oder ein Stichwort unter dem ich im Web mehr Infos finde? So grob über den Daumen gibt es traditionell zwei Kategorien von Operationsverstärkern, solche, die 2kOhm Lasten treiben können, wie beispielsweise der TL071, LM358, etc., und solche, die das bis 600 Ohm herab schaffen, wie beispielsweise der NE5534, etc. Die erste Gruppe kommt dafür mit relativ niedrigen Versorgungsströmen aus, die zweite braucht da schon deutlich mehr. Bei den modernen OPamps sieht das ein wenig anders aus, aber der LM358 ist ja noch durch und durch "Old School". Daß der LM358 zur ersten Gruppe gehört, siehst du daran, daß ganz viele seiner Daten für eine Last >=2kOhm spezifiziert sind. So zum Beispiel die "Large Signal Voltage Gain", die "Voltage Follower Pulse Response", die "Large Signal Frequency Response", der "Output Voltage Swing", und viele andere. Man tut gut daran, einem solchen OPamp keine niederohmigeren Lasten zuzumuten. >Ich wollte extra mit einem absoluten Standard-Billig-Teil anfangen um >ein Gefühl dafür zu bekommen wie weit man damit kommt, wo die Grenzen >sind und auf welche Werte man in den Datenblättern bei welchem Problem >achten muß. Daß ehrt dich! Dummerweise zeigt einem das Datenblatt nicht immer die Schwächen eines OPamps. Damit muß man dann warten, bis der Hersteller einen Nachfolger auf den Markt wirft (siehe Anhang)...
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