Hilfe zu invertierendem Verstärker

[Günter M. (gueee)]

Hallo Profis!

Ich habe einn Problem mit der angehängten OP-AMP Schaltung.

Ich möchte eine Eingangsspannung von 0 - 4,095 Volt aus einem DAC in 
eine Ausgangsspannung von -10 - +10 Volt verstärken.

Laut meinen Berechnungen sollte die oben angehängte Schaltung das 
gewünschte Ergebnis liefern, aber aus mir unerklärlichen Gründen tut sie 
das nicht.

Bei Ue 4.095 Volt bekomme ich -1,1 Volt am Ausgang, bei 0 Volt am 
Eingang bekomme ich ein paar Millivolt am Ausgang.

Versorgungsspannung für den Op-Amp kommt von einem +/-15 Volt DC/DC 
Converter. (Isolierter Traco).

Kann mir jemand einen Tipp geben was ich da übersehe bzw. nicht 
Verstehe?

Danke im Voraus!

LG Günter

[Mark S. (voltwide)]

LM339 ist kein Op-Amp. Datenblatt lesen!

[Günter M. (gueee)]

Mark S. schrieb:
> LM339 ist kein Op-Amp. Datenblatt lesen!

Ich bin doch ein Idiot!

Danke Mark!

[Ralph B. (rberres)]

also 0V am Eingang soll -10V am Ausgang erzeugen?
4,095V am Eingang soll +10V am Ausgang erzeugen?

demnach 2,0475V am Eingang 0V am Ausgang erzeugen?

Hier ist aber eine invertierende Schaltung im Spiel.

Also kann das so schon mal nicht funktionieren.

Ralph Berres

[Günter M. (gueee)]

ich hab jetzt mal auf einen LM324N umgebaut.

Ralph B. schrieb:
> demnach 2,0475V am Eingang 0V am Ausgang erzeugen?

ja, ob 0V oder 4.095V am Eingang +/-10 Volt am Ausgang erzeugen ist mir 
egal, das kann ich in Software invertieren.

[HildeK (Gast)]

Günter M. schrieb:
> ich hab jetzt mal auf einen LM324N umgebaut.

Und erfüllt es dann deine Wünsche oder ist noch was unklar?

[Günter M. (gueee)]

HildeK schrieb:
> Günter M. schrieb:
>> ich hab jetzt mal auf einen LM324N umgebaut.
>
> Und erfüllt es dann deine Wünsche oder ist noch was unklar?

Leider nein, ich befürchte der LM324 hat einen schaden, er gibt am 
Ausgang die Eingangsspannung vom invertieren Eingang aus :(

[Achim S. (Gast)]

Der GND deines DAC und der GND deiner OPV-Schaltung sind verbunden?

Günter M. schrieb:
> ich befürchte der LM324 hat einen schaden, er gibt am
> Ausgang die Eingangsspannung vom invertieren Eingang aus :(

miss mal an allen Pins, was jeweils gegenüber GND anliegt (je nachdem, 
wie das Poti eingestellt ist, können ja unterschiedliche Werte 
rauskommen). Miss dabei direkt an den Pins des Bausteins (nicht an der 
Zuleitung, falls es ein nicht erkanntes Kontaktproblem gibt). Und miss 
ebenfalls die Versorgungspins mit. Dann sollte sich erkennen lassen, wo 
das Problem tatsächlich liegt.

[HildeK (Gast)]

Günter M. schrieb:
> Leider nein, ich befürchte der LM324 hat einen schaden, er gibt am
> Ausgang die Eingangsspannung vom invertieren Eingang aus :(

Falsch angeschlossen?

Übrigens, in den letzten zwei, drei Wochen gab es eine ganz ähnliche 
Frage hier. Im Anhang ein Lösungsvorschlag von 0-4V auf -10V - +10V - 
ungefähr.

Kritisch an deiner Schaltung ist die Referenz. Du musst ja 4.096V/2 
subtrahieren und die Spannung ist von den 5V abgeleitet. Sind die 
ausreichend stabil?
In dem anderen Thread verwendete man die 4.096V als Referenz.

[Günter M. (gueee)]

Achim S. schrieb:
> Der GND deines DAC und der GND deiner OPV-Schaltung sind verbunden?
>
> Günter M. schrieb:
>> ich befürchte der LM324 hat einen schaden, er gibt am
>> Ausgang die Eingangsspannung vom invertieren Eingang aus :(
>
> miss mal an allen Pins, was jeweils gegenüber GND anliegt (je nachdem,
> wie das Poti eingestellt ist, können ja unterschiedliche Werte
> rauskommen). Miss dabei direkt an den Pins des Bausteins (nicht an der
> Zuleitung, falls es ein nicht erkanntes Kontaktproblem gibt). Und miss
> ebenfalls die Versorgungspins mit. Dann sollte sich erkennen lassen, wo
> das Problem tatsächlich liegt.

Ich habe die Pins alle gegen Ground gemessen, die Eingänge haben alle 
den zu erwartenden Pegel.

HildeK schrieb:
> Kritisch an deiner Schaltung ist die Referenz. Du musst ja 4.096V/2
> subtrahieren und die Spannung ist von den 5V abgeleitet. Sind die
> ausreichend stabil?

Ich habe die Referenz auch direkt am LM324 gemessen, die würde laut 
Multimeter passen, mangels Oszi kann ich leider nichts genaueres sagen.

Achim S. schrieb:
> Der GND deines DAC und der GND deiner OPV-Schaltung sind verbunden?

Ja, die sind verbunden.

Was mich an der Sache verwundert, ist das ich praktisch die selbe 
Spannung(paar mV Differenz) am Ausgang anliegen habe wie am 
invertierenden Eingang?!

[H. H. (Gast)]

Zeig doch mal deinen Aufbau.

[Achim S. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> Ich habe die Pins alle gegen Ground gemessen, die Eingänge haben alle
> den zu erwartenden Pegel.

Beide Eingänge des OPV liegen also auf Vref? Dann funktioniert der OPV 
aus seiner Sicht - er macht die Rückkopplung, damit die 
Differenzspannung am Eingang gegen 0 geht.

Wenn der Wert am Ausgang dann deinen Erwartungen nicht entspricht, dann 
stimmt der Rückkoppelwiderstand nicht.

[Günter M. (gueee)]

H. H. schrieb:
> Zeig doch mal deinen Aufbau.

Im Anhang, bitte nicht zu laut Lachen :)

[Günter M. (gueee)]

Achim S. schrieb:
> Günter M. schrieb:
>> Ich habe die Pins alle gegen Ground gemessen, die Eingänge haben alle
>> den zu erwartenden Pegel.
>
> Beide Eingänge des OPV liegen also auf Vref? Dann funktioniert der OPV
> aus seiner Sicht - er macht die Rückkopplung, damit die
> Differenzspannung am Eingang gegen 0 geht.
>
> Wenn der Wert am Ausgang dann deinen Erwartungen nicht entspricht, dann
> stimmt der Rückkoppelwiderstand nicht.

Nein, nur der nicht invertierende Eingang liegt auf Vref, der 
invertierende liegt am Ausgang eines DAC, die Spannung variirt von 0 - 
4,095 Volt. Der Rückkoppelwiderstand hat 48K, an den Pins des LM324 
gemessen.

[H. H. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Zeig doch mal deinen Aufbau.
>
> Im Anhang, bitte nicht zu laut Lachen :)

Die Abblockkondensatoren fehlen schon mal. Und die unbenutzen drei 
Opamps hängen wohl in der Luft...

[Günter M. (gueee)]

H. H. schrieb:
> Die Abblockkondensatoren fehlen schon mal. Und die unbenutzen drei
> Opamps hängen wohl in der Luft...

Ähm, ja die hängen in der luft. Hab grad in der Application note 
gelesen, dass das beim LM324 nicht sein darf. Sorry, noob-Fehler!

Kannst du mir bitte bei den Abblockkondensatoren auf die Sprünge helfen?

[N. M. (mani)]

Günter M. schrieb:
> Kannst du mir bitte bei den Abblockkondensatoren auf die Sprünge helfen?

Figure 11 im DB. An den Pins Vcc+ und Vcc-

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm324.pdf

Die sollten möglichst nah am IC sitzen.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Aus dem Parallelthread habe ich von Yalu erfahren, dass es eigentlich so 
funktionieren müsste.

[Achim S. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> Nein, nur der nicht invertierende Eingang liegt auf Vref, der
> invertierende liegt am Ausgang eines DAC, die Spannung variirt von 0 -
> 4,095 Volt. Der Rückkoppelwiderstand hat 48K, an den Pins des LM324
> gemessen.

Na: dann liegt der nicht invertierende Eingang eben nicht auf dem 
erwarteten Wert.

Ich wiederhole noch mal meinen Vorschlag: miss alle relevanten Pins des 
OPVs direkt gegen GND und gib die Messwerte hier an. Dann lässt sich 
sagen, ob der LM324 noch funktioniert oder nicht. Gib konkrete 
Zahlenwerte für eine konkrete DAC-Spannung an und nicht "der erwartete 
Wert" oder "Werte zwischen 0V und 4,095V".

Es ist natürlich sinnvoll zuerst die Punkte zu verbessern, die hinz dir 
genannt hat.

[HildeK (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Aus dem Parallelthread habe ich von Yalu erfahren, dass es eigentlich so
> funktionieren müsste.

Die gezeigte liefert jedenfalls nicht das gewünschte Ergebnis.
LTSpice ist dein Freund.

[HildeK (Gast)]

HildeK schrieb:
> Die gezeigte liefert jedenfalls nicht das gewünschte Ergebnis.

Die Dimensionierung müsste sein:
R3 = 3k6
R4 = 12k1

Bezug ist R2 mit 18k, R1 hat keine Wirkung für das Ergebnis.
R1 könnte man also Poti ausführen und ggf. ein wenig abschwächen, wenn 
man mit R4 den nächst größeren E-Wert wählt.
Auch hier wieder: die Versorgungsspannung geht in das Ergebnis ein, 
jegliche Schwankung verfälscht das Ergebnis. Man sollte eine stabile 
Referenz verwenden.

[Udo S. (urschmitt)]

Günter M. schrieb:
> Was mich an der Sache verwundert, ist das ich praktisch die selbe
> Spannung(paar mV Differenz) am Ausgang anliegen habe wie am
> invertierenden Eingang?!

Eventuell ein Kurzschluss auf der Platine gebaut.
IC aus der Fassung holen und dann in der Fassung messen ob zwischen 
invertierendem Eingang und Ausgang ein Kurzschluss ist.

Ansonsten die Dinge beachten die schon gesagt wurden:
Abblockkondensatoren, unbenutzte OPs gemäß Datenblatt anschliessen.

Warum nimmst du einen 4fach OP wenn du nur einen brauchst?

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

HildeK schrieb:
> Die Dimensionierung müsste sein:
> R3 = 3k6
> R4 = 12k1

So hatte ich das ursprünglich im Parallelthread auch ausgerechnet:

Beitrag "Re: 0..4V verstärken auf +10..-10V"

Aber das konnte ja nicht stimmen, weil bei 2V am Eingang, dann am 
Ausgang Null Volt sein sollen.

[HildeK (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Aber das konnte ja nicht stimmen, weil bei 2V am Eingang, dann am
> Ausgang Null Volt sein sollen.

Stimmt aber doch!

Wie du an meinen gelegentlich geposteten Bildchen siehst, verwende ich 
LTSpice. Damit lassen sich die eigenen Überlegungen ganz leicht 
verifizieren.

Bei 2V am Eingang und gewollten 0V am Ausgang muss der Spannungsteiler 
aus R2 und R3||R4 auch 2V liefern. Und das tut er mit deiner 
Dimensionierung nicht: er liefert knapp 2.5V.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

HildeK schrieb:
> Stimmt aber doch!

Okay, dann hat Yalu sich aber auch geirrt, was ich mir kaum vorstellen 
kann. Er ist auch nur ein Mensch. 🙂

...und ja LTSpice oder der reale Aufbau sind besser als die Rumraterei.

[Toxic (Gast)]

Günter M. schrieb:
> Ich möchte eine Eingangsspannung von 0 - 4,095 Volt aus einem DAC in
> eine Ausgangsspannung von -10 - +10 Volt verstärken.

siehe Anhang

[Günter M. (gueee)]

Jetzt frag  ich lieber bevor ich die Arbeit doppelt mache,

Ist für die unused Beschaltung borrowed oder dedicated input zu 
bevorzugen?

[H. H. (Gast)]

Beim LM324 kannst du Ausgang und -Eingang verbinden, und den +Eingang 
auf Vee legen, ohne Widerstand.

[Günter M. (gueee)]

H. H. schrieb:
> Beim LM324 kannst du Ausgang und -Eingang verbinden, und den +Eingang
> auf Vee legen, ohne Widerstand.

die 10k Widerstände hätte ich schon an den +Eingängen, jetzt hab ich die 
Wahl zweischen Vref, GND, Vcc und Vee, wobei Vcc und Vee kommen mir bei 
dual-supply nicht so klug vor, oder?

[Toxic (Gast)]

Günter M. schrieb:
> Ist für die unused Beschaltung borrowed oder dedicated input zu
> bevorzugen?

siehe Anhang

[Günter M. (gueee)]

Toxic schrieb:
> siehe Anhang

Dein Anhang stellt die Ti design guidlines als "just as bad" dar.

Jetzt bin ich confused :/

edit: sorry, bei genauerer Betrachtung (lesen bildet) als good.

[H. H. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Beim LM324 kannst du Ausgang und -Eingang verbinden, und den +Eingang
>> auf Vee legen, ohne Widerstand.
>
> die 10k Widerstände hätte ich schon an den +Eingängen, jetzt hab ich die
> Wahl zweischen Vref, GND, Vcc und Vee, wobei Vcc und Vee kommen mir bei
> dual-supply nicht so klug vor, oder?

Bei anderen Opamps gehts eben nicht wie beim LM324.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Michael M. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Die Dimensionierung müsste sein:
>> R3 = 3k6
>> R4 = 12k1
>
> So hatte ich das ursprünglich im Parallelthread auch ausgerechnet:
>
> Beitrag "Re: 0..4V verstärken auf +10..-10V"
>
> Aber das konnte ja nicht stimmen, weil bei 2V am Eingang, dann am
> Ausgang Null Volt sein sollen.

In deinem Bildchen in diesem Thread ist die Referenzspannung 15V, die
Widerstände sind aber für 12V dimensioniert:

  https://www.mikrocontroller.net/attachment/522491/20210628_132719.jpg

Im anderen Thread ist die Referenzspannung 12V, die Widerstände sind
aber für 15V dimensioniert:

  https://www.mikrocontroller.net/attachment/521810/20210622_115840.jpg

Tausche also einfach die Referenzspannung der beiden Schaltungen, dann
stimmen beide :)

(zumindest für Uin=0..4V, für Uin=0..4,096V müsste man die Widerstände
noch leicht anpassen)

[HildeK (Gast)]

Günter M. schrieb:
> die 10k Widerstände hätte ich schon an den +Eingängen, jetzt hab ich die
> Wahl zweischen Vref, GND, Vcc und Vee, wobei Vcc und Vee kommen mir bei
> dual-supply nicht so klug vor, oder?

Bei dual Supply natürlich an GND. Die 10k schaden nicht, man braucht sie 
aber nicht.
Beim LM324/358 darf er auch bei single Supply an GND/VEE. Ausnahme, weil 
der am Eingang auch für 0V noch spezifiziert ist; bei vielen OPAs ist 
das nicht so.

Das TI-Papier ist generell natürlich richtig, beim LM324/358 ist jedoch 
auch das 3. und 4. Bild zulässig.

[Günter M. (gueee)]

Yalu X. schrieb:
> In deinem Bildchen in diesem Thread ist die Referenzspannung 15V, die
> Widerstände sind aber für 12V dimensioniert:

In meinem Bildchen ist die Referenzspannung 5 Volt und der 
Spannungsteiler besteht aus einem 10k Widerstand zu 5 Volt und einem 10k 
Spindeltrimmer zu GND. Damit kann ich die +Vin auf genau 2.047 Volt 
einstellen, was ja passen sollte?!

[Günter M. (gueee)]

Also, jetzt hab ich die unused beschalten, die Blockkondensatoren (100nF 
Kerkos) eingebaut und komme auf folgende Messungen:

+Vin am Pin 3 gemessen = 2,047V
bei -Vin = 2,0mV am Pin 2 gemessen Vout = 1.9mV
bei -Vin = 4.086V an Pin 2  --> Vout = 4.046V

Ich denke der LM324 hat das Zeitliche gesegnet?!

[Achim S. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> +Vin am Pin 3 gemessen = 2,047V
> bei -Vin = 2,0mV am Pin 2 gemessen Vout = 1.9mV
> bei -Vin = 4.086V an Pin 2  --> Vout = 4.046V

Und an Pin 4 misst du dabei +15V und an 11 -15V gegen GND?

Dann würde ich dir zustimmen: wenn der OPV direkt an den Eingangspins 
eine Differenzspannung von 2V sieht, dann muss sein Ausgang in die 
jeweilige Begrenzung gehen. Wenn Pin 1 einfach der Eingangsspannung 
folgt, dann geschieht das über die Rückkoppelwiderstände und der 
eigentliche OPV-Ausgang ist tot.

[Jens G. (jensig)]

Günter M. schrieb:
> +Vin am Pin 3 gemessen = 2,047V
> bei -Vin = 2,0mV am Pin 2 gemessen Vout = 1.9mV
> bei -Vin = 4.086V an Pin 2  --> Vout = 4.046V

Vout gemessen direkt am Pin1 am IC-Gehäuse?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Günter M. schrieb:
> Damit kann ich die +Vin auf genau 2.047 Volt einstellen, was ja passen
> sollte?!

Die Spannung am nichtinvertierenden Eingang sollte dem Fixpunkt der
Funktion Ua(Ue) entsprechen, in deinem Fall also 1,7V.

Aber auch bei 2,047V sollte sich der Opamp nicht so komisch verhalten
wie von dir beschrieben. Miss also noch einmal an den von Achim und Jens
genannten Pins. Wenn die Versorgungspannung von ±15V anliegt und der
Ausgang trotzdem nichts liefert, ist dieser wohl hochohmig. Hast du noch
einen zweiten LM324? Wenn nicht (nicht jeder kann sich zwei davon
leisten ;-)), hat der jetzige LM324 ja noch drei weitere Viertel, die
du testen kannst.

[Günter M. (gueee)]

Achim S. schrieb:
> Und an Pin 4 misst du dabei +15V und an 11 -15V gegen GND?

Ja, positive und negative Versorgungsspannung jeweils am Gehäusepin 
gegen Ground gemessen passt. (+15V pin 4, -15V pin 11)

Yalu X. schrieb:
> Hast du noch
> einen zweiten LM324?

gerade im Zulauf, daher werde ich mich nicht mit den anderen 3/4 
befassen. Der (vermutlich) Kaputte war aus der Grabbelkiste.

Jens G. schrieb:
> Vout gemessen direkt am Pin1 am IC-Gehäuse

Ja, messe wie empfohlen alles an den Gehäusepins.

[Achim S. (Gast)]

Günter M. schrieb:
> gerade im Zulauf, daher werde ich mich nicht mit den anderen 3/4
> befassen. Der (vermutlich) Kaputte war aus der Grabbelkiste.

Bei der Grabbelkiste kann natürlich irgendwas in der Vorgeschichte 
liegen, was der Grund für den Ausfall ist. Du hast die anderen 3 
Teil-OPV ja inzwischen als Spannungsfolger geschaltet, damit sie nicht 
unbeabsichtigt schwingen. Falls du als Eingangsspannung der 
Spannungsfolger das V_ref gewählt hast, dann kannst du direkt im 
aktuellen Aufbau schon nachmessen, ob sie noch funktionieren und ob sich 
das Umlöten auf einen der andere Teil-OPV lohnt.

Ansonsten: der LM324 hat als maximum rating für die Versorgung 32V 
angegeben. Wenn die +-15V deines DCDC stabil sind, dann muss das 
funktionieren. Aber falls es z.B. beim Einschalten einen kräftigen 
Überschwinger auf der Versorgung geben sollte, dann könnte auch das ein 
Grund für das Ableben des OPV gewesen sein.

[Günter M. (gueee)]

Ich möchte mich hiermit bei allen Helfenden ganz herzlich bedanken!

Neuer OPV und alles funktioniert wie gewünscht.

Achim S. schrieb:
> ob sie noch funktionieren und ob sich
> das Umlöten auf einen der andere Teil-OPV lohnt.

Zum Glück hab ich einen IC-Sockel verwendet, somit stellte sich die 
Frage nach dem Löten nicht ;)

Achim S. schrieb:
> Ansonsten: der LM324 hat als maximum rating für die Versorgung 32V
> angegeben. Wenn die +-15V deines DCDC stabil sind, dann muss das
> funktionieren. Aber falls es z.B. beim Einschalten einen kräftigen
> Überschwinger auf der Versorgung geben sollte, dann könnte auch das ein
> Grund für das Ableben des OPV gewesen sein.

Ich verwende für die OPV Versorgung eine Iisolierten TRACO Power 
DC/DC-Wandler, die sind meiner Erfahrung nach sehr stabil (sollten sie 
für den Preis auch sein).
Ich denke eher, dass ich aus Unachtsamkeit kurzfristig open loop 
unterwegs war, denn die anderen 3 Teil-OPVs funktionieren noch, hab die 
in einem schnellen Breadboard-Aufbau gemessen.

Und zum Abschluss hänge ich noch meine funktionierende Schaltung an.