50 Hz Rauschen am Ausgang vom OPAmp

[Seb E. (ihreismaen)]

Hallo zusammen,

ich hab ne Frage zum Verhalten eines nicht invertierenden Verstärkers. 
Der Spannungsteiler im Schaltplan hat ein Verhältnis von 1:47. Die 
Verstärkung der OP ist einstellbar von 1..50. Das Eingangssignal ist ein 
DC-Signal mit Rauschen, der erkennbare Sprung wird manuell ausgelöst. Im 
Ausgangssignal ist der Sprung nicht zu erkennen und es liegt eine 50 Hz 
Schwingung vor. Die Versorgung des OPAmp findet durch eine Batterie 
statt, also nahezu reine DC-Versorgung. Als OPAmp verwende ich einen 
TS271.

Jetzt die Fragen :
Warum wird mein Sprung "gefressen"?
Woher kommt die 50Hz Schwingung? Durch umstehende Geräte? Und wie kriege 
ich die Schwingung weg?

Ich bin dankbar für jede Hilfe.
Viele Grüße
Ihreismaen

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Es fehlt ein Bild: Das vom Aufbau selber.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Seb E. schrieb:
> im Schaltplan
Da ist der Anschluss Iset gar nicht eingezeichnet. Ist da etwa gar kein 
Widerstand angeschlossen?

> Die Versorgung des OPAmp findet durch eine Batterie statt
Was für eine Batterie?

> Warum wird mein Sprung "gefressen"?
Von wieviel Volt nach wieviel Volt springt die Eingangsspannung 
überhaupt? Und woher kommt diese springende Spannung?

Und zeig doch mal ein paar brauchbare Fotos von deinem Aufbau und den 
gesamten Schaltplan.

[A. B. (Gast)]

Seb E. schrieb:
> Warum wird mein Sprung "gefressen"?

Sinn eines 2-Kanal-Oszis ist: Man kann Ein- und Ausgangssignal 
gleichzeitig erfassen. Insbesondere bei einmaligen Ereignissen 
("manuelle Auslösung") wäre das hilfreich.

Sinnvolle Wahl der Ablenkkoeffizienten: Ein Sprung von etwa 2mV sollte 
bei ca. 50-facher Verstärkung einen von 100mV ergeben. Den kann man bei 
5mV/div nicht erkennen. Da müsste man schon manuell eine passende 
Triggerschwelle einstellen, um den zumindest zu erahnen. Der 
"Auto"-Knopf liefert da nichts sinnvolles, insbesondere, da es sich um 
ein einmaliges Ereignis handelt.

[Seb E. (ihreismaen)]

Als I_set fließen 16,5µA bei ca. 3,3V Versorgungsspannung.
Der Sprung kommt durch Einschlaten einer Last. Je nach Laststrom ergibt 
sich ein delta_U von 400µV..12mV.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Seb E. schrieb:
> Als I_set fließen 16,5µA bei ca. 3,3V Versorgungsspannung.
Dir ist schon klar, dass du da mit den Strippen dran irgendwie irgendwas 
einkoppelst?

> Je nach Laststrom ergibt sich ein delta_U von 400µV..12mV.
Und dann kommt noch ein Spannungsteiler, der das eh schon mickrige 
Signal durch 50 teilt?

> durch Einschlaten einer Last
Welches Potential hat diese Last? Wie wird die woraus versorgt?

> Aufbau
Dieser Aufbau ist viel zu ausladend für einen solchen Verstärker. Nur 
zur Erinnerung: 400µV sind ein Hauch von Nichts. Und dafür braucht es 
ein kompaktes Design mit wohldefinierten Strompfaden. Im jetzigen aufbau 
koppelt da natürlich beliebig Netzbrumm ein. Und zudem hast du offenbar 
noch eine Brummschleife über die Oszi-Masseklemme eingebaut, die dir die 
negative Ausgangsspannung beschert.

> Aufbau.png
PNG ist was für Screenshots. Für Fotos nimmt man JPEG. Dann werden aus 
den fünfeinhalb MB auf einmal 250kB...

[Achim S. (Gast)]

Seb E. schrieb:
> Die Versorgung des OPAmp findet durch eine Batterie statt, also nahezu
> reine DC-Versorgung.

eine Baterie oder zwei? Und welcher Potentialbezug herrscht zwischen 
Batterie und der Masse deines Signals?

In der Messung hat dein Sinus einen negativen Mittelwert. das passt 
nicht die Bohne zu dem positiven Eingangssignal.

[Seb E. (ihreismaen)]

>> Je nach Laststrom ergibt sich ein delta_U von 400µV..12mV.
>Und dann kommt noch ein Spannungsteiler, der das eh schon mickrige Signal durch 
50 teilt?
Nein, das delta_U fällt über R2 ab, ist also das Eingangssignal für den 
OPAmp

>> durch Einschlaten einer Last
>Welches Potential hat diese Last? Wie wird die woraus versorgt?
Eine Elektronische Last. Zieht konstaten Strom.

>> Aufbau
>Dieser Aufbau ist viel zu ausladend für einen solchen Verstärker. Nur zur
>Erinnerung: 400µV sind ein Hauch von Nichts. Und dafür braucht es ein
>kompaktes Design mit wohldefinierten Strompfaden. Im jetzigen aufbau
>koppelt da natürlich beliebig Netzbrumm ein. Und zudem hast du offenbar
>noch eine Brummschleife über die Oszi-Masseklemme eingebaut, die dir die
>negative Ausgangsspannung beschert.

Für mich heißt das entweder ich mach es richtig mit PCB-Design und 
EMV-Gedöns oder ich lasse es komplett bleiben.
Eigentlich war der Aufbau dazu gedacht eine Messreihe zu verifizieren 
und Fehler durch Ableseungenauigkeitzu verringern, aber scheinbar 
handele ich mir nur noch mehr Ungenauigkeiten ein.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Seb E. schrieb:
> Eigentlich war der Aufbau dazu gedacht eine Messreihe zu verifizieren
> und Fehler durch Ableseungenauigkeitzu verringern, aber scheinbar
> handele ich mir nur noch mehr Ungenauigkeiten ein.
Ich würde behaupten, dass der Vorverstärker vom TEK da um Klassen besser 
ist als der Verstärker, den du aufgebaut hast.

Seb E. schrieb:
> Eine Elektronische Last. Zieht konstaten Strom.
Mit PE-Bezug, wenigstens über irgendwelche parasitären Kondensatoren. 
Deine Aufgabe spielt nämlich in der Liga, wo man das alles mit 
berücksichtigen muss.

Sind die Quelle, die Last, das Oszi und alles, was was zum Aufbau 
gehört, wenigstens an der selben Steckdosenleiste angeschlossen? Ändert 
sich was, wenn du einen der Netzstecker um 180° drehst?

[Achim S. (Gast)]

@Seb: da du auf einen Teil der Hinweise schon eingangen bist, andere 
aber noch nicht beantwortet hast, mache ich es nochmal deutlicher.

Die Eingangsspannung deines OPV ist immer positive und allem Anschein 
nach deutlich größer als dessen Offsetspannung.

Die Ausgangsspannung deines OPVs nicht nur von einem Sinus überlagert 
sondern vor allem negativ (Angabe CH1 Mittelwert = -316mV im Oszibid). 
Das bedeutet, dass dein Verstärker überhaupt nicht funktional ist. Bevor 
man nach Feinheiten von Störungen sucht, sollte erst mal die 
Grundfunktion sichergestellt werden.

Mir fallen folgende Gründe für die fehlerhafte Grundfunktion ein:
1) der OPV kann kaputt sein
2) die Schaltung ist falsch aufgesteckt
3) der Potentialbezug zwischen deiner Versorgung per Batterie und deiner 
Signalmasse stimmt nicht.

3) erscheint mir am wahrscheinlichsten, danach 2), danach 1).

Punkt 3 lässt sich leicht klären, wenn du in deinem handgezeichneten 
Schaltplan mal die Batterie(n) mit einzeichnest, die du zur Versorgung 
des OPV einsetzt. Und dabei bitte unbedingt auch angeben, ob/welcher Pol 
der Batterie(n) mit deiner Masse verbunden ist.