Hallo, ich möchte den Fehler eines Differential Opamp berechnen. Der Idealfall ist folgender. V1 = 3.69458 V V2 = 3.54679 V R1 = 1.5k R2 = 39k Gibt im Idealfall gemäss http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_5.html "Differential Amplifier Equation" Am Ausgang des OPAMP -3.842364 Nun haben aber alle Widerstände Toleranz, auch diese Der Spannungszeiler welche die V1/V2 erzeugen. Ich habe folgende kombinationen gerechnet. R1 max R2 min V1 min V2 min Vout 15,14k 38,61k 3.6224V 3.4761V -3.729V R1 min R2 max V1 min V2 max Vout 14,85k 39,39k 3.6224V 3.6188V -0.095V R1 max R2 min V1 max V2 min Vout 15,14k 38,61k 3.7680V 3.4761V -7.440 R1 min R2 max V1 max V2 max Vout 14,85k 39,39k 3.7680V 3.6188V -3.958 Der erste und letzte Wert sehen eigentlich ganz okay aus, aber die anderen sind ja extrem daneben Wo liegt mein Fehler? Oder ist die Berechnung tatsächlich korrekt?
Johnny S. schrieb: > R1 = 1.5k > R2 = 39k Mit R1 und R2 meinst du das, was in deinem Link mit R1 und R3 bezeichnet wird? Und für die anderen beiden Widerstände setzt du jeweils den identischen Wert an? Johnny S. schrieb: > Nun haben aber alle Widerstände Toleranz, auch diese Der Spannungszeiler > welche die V1/V2 erzeugen. Mit V1 und V2 bezeichnest du die Eingangsspannungen deines Differenzverstärkers (so wie im Link)? Oder meinst du damit das Va und Vb aus dem Link? Wenn die Eingangsspannungen gemeint sind: dann variierst du hier die Differenzeingangsspannung zwischen -290mV und -3,6mV. Klar wird die Ausgangsspannung dann einen großen Bereich abdecken. Wenn du stattdessen mit V1 und V2 die im Link Va und Vb genannten Spannungen meinst (deine Frage klingt danach weil du schreibst, dass die Spannungsteiler V1 und V2 "erzeugen") dann ist deine Rechnung falsch. Der OPV wird jeweils dafür sorgen, dass Va und Vb den selben Wert annehmen: wenn Vb minimal ist, dann wird auch Va minimal sein.
Achim S. schrieb: > Johnny S. schrieb: >> R1 = 1.5k >> R2 = 39k > > Mit R1 und R2 meinst du das, was in deinem Link mit R1 und R3 bezeichnet > wird? Und für die anderen beiden Widerstände setzt du jeweils den > identischen Wert an? > > Johnny S. schrieb: >> Nun haben aber alle Widerstände Toleranz, auch diese Der Spannungszeiler >> welche die V1/V2 erzeugen. > > Mit V1 und V2 bezeichnest du die Eingangsspannungen deines > Differenzverstärkers (so wie im Link)? Oder meinst du damit das Va und > Vb aus dem Link? > > Wenn die Eingangsspannungen gemeint sind: dann variierst du hier die > Differenzeingangsspannung zwischen -290mV und -3,6mV. Klar wird die > Ausgangsspannung dann einen großen Bereich abdecken. > > Wenn du stattdessen mit V1 und V2 die im Link Va und Vb genannten > Spannungen meinst (deine Frage klingt danach weil du schreibst, dass die > Spannungsteiler V1 und V2 "erzeugen") dann ist deine Rechnung falsch. > Der OPV wird jeweils dafür sorgen, dass Va und Vb den selben Wert > annehmen: wenn Vb minimal ist, dann wird auch Va minimal sein. V1 und V2 sind die V1 und V2 vom Link, R1/R2 sind R1/R3 Da V1 und V2 aus einer sehr hohen Spannung resultieren (250V mit 500Ohm Shunt und 20mA Strom), werden sie natürlich mit einem Spannungsteiler auf die genannten 3,xxx V heruntergesetzt.
Johnny S. schrieb: > Da V1 und V2 aus einer sehr hohen Spannung resultieren (250V mit 500Ohm > Shunt und 20mA Strom), werden sie natürlich mit einem Spannungsteiler > auf die genannten 3,xxx V heruntergesetzt. Was soll daran "natürlich" sein? Du hast auf eine Schaltung verwiesen, in der das nicht der Fall ist und dann noch die Bezeichnung der Bauteile gewechselt. Woher sollen wir erraten können, was du mit deinen Bezeichnungen meinst und auf welchen nicht gezeigten Spannungsteiler du dich beziehst? Du hast jetzt also einerseits R1/R2 (im link R1/R3) variiert und andererseits deinen uns unbekannten Spannungsteiler, der nicht aus R1/R2 (R1/R3) besteht. Offensichtlich ist die Genauigkeit deines Spannungsteilers vor dem Differenzverstärker für die Genauigkeit deiner Schaltung das Problem: wenn beim Runterteilen mal -290mV rauskommen und mal -3,6mV, dann kann der Differenzverstärker daran nichts mehr retten. Deine Gleichtaktunterdrückung ist also unzureichend (denn du hast 250V Gleichtaktspannung und 10V Differenzspannung auf der "Hochspannungsseite"). Und die Gleichtaktunterdrückung hängt tatsächlich davon ab, wie genau die Widerstandsverhältnisse deiner beiden "Hochspannungsteiler" zueinander passen. Wenn man hohe Gleichtaktunterdrückung benötigt muss man auf sehr eng tolerierte Widerstände achten. Oder eine integrierte Lösung suchen, bei der der IC-Hersteller für die Gleichtaktunterdrückung grade steht. Die Verstärkungsformel in deinem Link stimmt übrigens nur, wenn V1 und V2 aus niederohmigen Quellen stammen. Wenn Sie wie bei dir aus einem Spannungsteiler stammen, ändert sich die Verstärkung (außer der Innenwiderstand des Spannungsteilers ist viel deutlich kleiner ist die 1,5kOhm von R1). Der Innenwiderstand des Teilers geht mit in die Differenzverstärkung ein.
Also, normalerweise kalibriert man so eine Schaltung. Eingang gleich Null & Eingang = Referenz. Allenfalls noch mit einem Gleichspannungsoffset.
Sabberalot W. schrieb: > Also, normalerweise kalibriert man so eine Schaltung. Eingang gleich > Null & Eingang = Referenz. Das funktioniert gut, falls die 250V konstant sind. Falls die auch noch variieren können, dann führt kein Weg um eine angemessene Gleichtaktunterdrückung herum (sonst müsste man auch den Wert der "Hochspannung" mitmessen und die Kalibrierung jeweils davon abhängig machen.)
Ich wollte nur wissen ob die Rechnung stimmt, was ja wohl der Fall ist. Ich habe nun für die hohen Widerstände 0.1% und für die niedrigen (0.01%) genommen und nun passen die Werte eigentlich ganz gut. Für 1Mohm Widerstände gibt es leider keine verfügbaren 0.01%
Johnny S. schrieb: > Ich wollte nur wissen ob die Rechnung stimmt, was ja wohl der Fall ist. Ob das der Fall ist, weiß ich nicht. Weder weiß ich, welche Toleranzen du zu Beginn für die Widerstände des Hochspannungsteilers eingerechnet hast. Noch weiß ich , ob du die Belastung des Hochspannungsteilers durch die Widerstände des Differenzverstärkers eingerechnet hast. Noch weiß ich, ob du berücksichtigt hast, dass der Innenwiderstand des Hochspannungsteilers die Verstärkung des Differenzverstärkers verändert. (Wenn der obere Widerstand deiner Hochspannungsteiler im MOhm-Bereich liegt, dann dürften diese Effekte nicht mehr vernachlässigbar sein). Aber was auf jeden Fall stimmt ist: wenn die Differenzspannung von V1 und V2 um ca. +-100% variiert (wie in deinem Eröffnungsbeitrag), dann darf natürlich auch die Ausgangsspannung des Verstärkers um +-100% variieren.
Johnny S. schrieb: > Oder ist die Berechnung tatsächlich korrekt? Sieht so aus. Ich habe das Ganze aber nur überschlägig nachgerechnet. Ich gehe mal davon aus, dass die Werte in der linken Spalte nicht ≈15kΩ, sondern ≈1,5kΩ sein sollen. Dass die Ergebnisse so stark streuen, liegt vor allem an V1 und V2, die von sich aus schon relativ stark variieren. Damit variiert deren Differenz etwa doppelt so stark und das Ausgangssignal (nach 26-facher Verstärkung) etwa 52-mal so stark, was dann am über 7V ausmacht.
Yalu X. schrieb: > Johnny S. schrieb: >> Oder ist die Berechnung tatsächlich korrekt? > > Sieht so aus. Ich habe das Ganze aber nur überschlägig nachgerechnet. > Ich gehe mal davon aus, dass die Werte in der linken Spalte nicht ≈15kΩ, > sondern ≈1,5kΩ sein sollen. > > Dass die Ergebnisse so stark streuen, liegt vor allem an V1 und V2, die > von sich aus schon relativ stark variieren. Damit variiert deren > Differenz etwa doppelt so stark und das Ausgangssignal (nach 26-facher > Verstärkung) etwa 52-mal so stark, was dann am über 7V ausmacht. Nein 15k ist korrekt, der Ausgang soll ja im Messbaren bereich eines Mikrocontrollers sein (5V) Das mit den Widerständen habe ich bereits bemerkt, leider geht es bei 1Mohm nur bis 0.1% was eigentlich auch viel zu viel ist. Ich habe nun bei Analog Devices angefragt, die haben einen Differential mit 600V Common Range, eventuell kann dieser für meine Anwendung zweckentfremedet werden. Leider sind alle handelsüblichen IC's meist für höhere Ströme gebaut und im kleinen Bereich sehr ungenau. Irgendwann werd ich mal ein Multimeter zerlegen :) mein Fluke kann angeblich 10uA genau messen. Da es bis 10A geht, muss der Shunt ja auch sehr klein sein, da ist das ganze noch viel "enger". Riecht nach Reverse-Engineering
Um den Verstaerker zu kalibrieren benoetigt man keine 250V. 10V genuegen da auch. Ab einer stabilen Quelle. zB Spannungsregler. Diese Quelle wird dann mit einem 6.5 stelligen Messgeraet gemessen, und verrechnet.
Johnny S. schrieb: > Ich habe nun bei Analog Devices angefragt, die haben einen Differential > mit 600V Common Range, eventuell kann dieser für meine Anwendung > zweckentfremedet werden. Linear Technology hat auch den einen oder anderen Diffamp, der so hohe Gleichtaktspannungen verträgt (wobei die ja inzwischen auch zu AD gehören). Da dein eigentliches Anliegen ja wohl das Messen von Strömen auf der High-Side ist, wärst du mit einem Current Sense Amplifier vielleicht besser bedient (oder High side monitor oder wie verschiedene Hersteller das auch nennen mögen). Bei 250V ist die Auswahl zwar beschränkt, aber z.B. der HV7800 zusammen mit einem 25Ohm Shunt sollten deine 20mA halbwegs genau und kostengünstig messbar machen. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/HV7800%20A062813.pdf
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