Sind OpAmps nicht linear?

[Cassio]

Hallo zusammen!

Ich muss bei meinem Problem mal die Fachmänner fragen.


Momentan habe ich immer Eine der folgenden Schaltungen aufgebaut:



Wie im Schaltplan schon zu erkennen ist, soll eine einstellbare Eingangsspannung von 6mV bis 24mV eine
Ausgangsspannung von 1V bis 4V zur Folge haben.


In der Praxis habe ich jetzt zwei Tests durchgeführt und beide sind nicht zufriedenstellend!

Der erste Test war nach der ersten Zeichnung...... also mit einem OP als Impedanzwandler.
Damit erhalte ich dann folgende Werte:

Eingang=	6,0mV	Ausgang=	1,00V	Faktor=	166,666
Eingang=	24,0mV	Ausgang=	3,56V	Faktor=	148,333

Eigentlich hätten bei 24mV am Eingang doch 4,0V am Ausgang anliegen sollen.



Dann habe ich den Impedanzwandler mal rausgelassen und den Test wiederholt!
Anschließend hatte ich folgende Werte:

Eingang=	6,0mV	Ausgang=	1,00V	Faktor=	166,666
Eingang=	24,0mV	Ausgang=	3,87V	Faktor=	161,25

Damit erhalte ich aber wieder keine 4,0V am Ausgang!


Kann das vielleicht an den einfachen LM324 liegen, den ich momentan zum Testen verwende?
Ich habe hier zwar noch die TL07x liegen, aber nur als SMD-Versionen.
Die TL07x wollte ich später sowieso dafür verweden. Der LM324 dient nur zum Testen.

Falls es nicht nur am LM324 liegt.....
warum bleibt der Verstärkungsfaktor nicht gleich und warum gibt es sooo große Differenzen.


Grüße,
Cassio

 

[dino03]

Hi Cassio,

Wie im Schaltplan schon zu erkennen ist, soll eine einstellbare Eingangsspannung von 6mV bis 24mV eine
Ausgangsspannung von 1V bis 4V zur Folge haben.
...
Kann das vielleicht an den einfachen LM324 liegen, den ich momentan zum Testen verwende?
Ich habe hier zwar noch die TL07x liegen, aber nur als SMD-Versionen.
Die TL07x wollte ich später sowieso dafür verweden. Der LM324 dient nur zum Testen.

du bist in die selbe Falle gelaufen wie ich sie bei meiner Analogschaltung des Magierstab-Dimmers hatte.

Der LM324 ist noch relativ gutmütig und benötigt so 1,2 ... 1,5V Reserve zur Betriebsspannung.
Ich hab dann ja auch den TL074 probiert weil FETs ja besser durchschalten
Pustekuchen. Das Ergebnis war noch schlimmer.

Also entweder du nimmst bei GND ... +5V (Vcc) Versorgung nen Rail-2-Rail-OPAmp oder du benutzt bei der Versorgung mehr Reserve zum Nutzsignal. Plan mal mit mindestens 2V um auf der sicheren Seite zu sein. Also -2V und +7V oder mit nem ICL7660 oder MAX232 auf -9V/+9V oder -5V/+10V oder sowas.

Da er Richtung Betriebsspannung (GND oder Vcc) zur Zeit in die Begrenzung läuft, verbiegt sich natürlich deine schöne grade Verstärkungskennlinie total.

EDIT:
LM324 / LM358 : Large output voltage swing: 0V to VCC -1.5V
TL072 / TL074 : Bei +/-15V Versorgung => +/-10..12V Output (laut Datenblatt)

Gruß
Dino

 

[Dirk]

Hallo Cassio,

LM324 / LM358 : Large output voltage swing: 0V to VCC -1.5V

hier wird die Kennlinie natürlich nichtlinear, wenn man sich zu weit der Betriebsspannung annähert.

Hinzu kommt noch die Eingangsoffsetspannung des OpAmp (ca 5mV ?!), diese müsstest du kompensieren
(zB auch einen OpAmp mit Kompensationseingang nehmen oder einen mit weniger Offset)

Dirk

 

[Cassio]

Hallo zusammen!

Sorry, ich habe die Versorgungsspannung nicht dazu geschrieben!

Der LM324 wird aktuell mit +10V und -5V versorgt (1x ICL7660 in Doppelschaltung).
Durch die Shottky-Dioden am Ausgang kann ich maximal -0,4V bis +5,3V am Ausgang erreichen.



Öhm Dirk....
wie meinst du das mit der 5mV Offset-Spannung?
Wie soll ich die Kompensieren?


Grüße,
Cassio

 

[dino03]

Hi Cassio,

Öhm Dirk....
wie meinst du das mit der 5mV Offset-Spannung?
Wie soll ich die Kompensieren?

sieh dir mal das Datenblatt vom LM741 an. Die meißten anderen 1fach OPAmps haben das auch so oder ähnlich.
Da sind zwei Pins für die Offset-Kompensation. Da wird extern ein Poti zwischengeschaltet dessen Mittelabgriff auf GND kommt. So habe ich es jedenfalls noch im Gedächtnis. Das Poti verschiebt die Verhältnisse zwischen den beiden Verstärkerhälften.

Anders kannst du das nur über eine kleine Vorspannung an einem der Eingänge machen.

Gruß
Dino

 

[Cassio]

Hallo Dino!

Diese zusätzlichen Pins bei den einzelnen OP`s habe ich auch schon mal gesehen.
Allerdings haben die zweifachen bzw. vierfachen OP`s diese Pins nicht.

Wie meinst du das mit der Vorspannung?


Ich kann die Eingangsspannung leider nicht erhöhen.
Später wird die Eingangsspannung zwischen 0,0mV bis 36,0mV gehen.


Zum Testen hatte ich mir schon gedacht, einfach die Eingangsspannung um 1V zu erhöhen und mit einem zusätzlichem OP diese 1V (wie ein Offsetwert) dann wieder abzuziehen.
Das Problem ist nur, dass ich dies später nicht realisieren kann.
Die Eingangsspannung wird maximal nur 36mV betragen!


Grüße,
Cassio

 

[Dirk]

Hallo Cassio,

Dino hat es ja schon erklärt. Schau auch einfach mal nach einem besseren OpAmp mit weniger Offset, dann hast du es etwas einfacher.

Dirk

 

[dino03]

Alternativ machst du nen Spannungsteiler zwischen Plus und Minus und in der Mitte von 2 Widerständen nen Poti mit 100 Ohm.

Plus---22k---Poti---22k---Minus

Dann den Mittelabgriff über nen hochohmigen Widerstand an einen der Eingänge. Die Spannung am Poti sollte allerdings schon um GND herum liegen. Bei deinen +10V/-5V also andere Widerstände.

Eventuell könnte man es noch anders bauen. Aber so in der Art wird das wohl dann im Endeffekt aussehen.

Gruß und
Dino

 

[Cassio]

Hallo zusammen!

Ich habe noch mal einen Blick in die Datenblätter geworfen.....

Beim LM324 steht: 2mV Offsetspannung
Beim TL072 steht: 3mV Offsetspannung

Hilft mir also auch nicht weiter.
Ich muss doch wohl nicht extra so einen teuren LT1013 verwenden?
Der hat eine Offsetspannung von 150µV.



Dino`s Idee mit dem Poti zwischen Plus und GND habe ich jetzt irgendwie nicht so richtig verstanden.


Grüße und Danke erst mal,
Cassio

 

[bluelight_electronic]

Hey Cassio,

ich kann dir nur Empfehlen, bei OPs nicht an der Quallität sparen ...

Ich verwende in fast allen Schaltungen von mir mindestens den LT1013 .. klar kostet der etwas mehr .. aber dafür fall ich bei dem nicht ins Wasser durch irgendwelche Schmutzeffekte.

Die LM741... LM324 und der gleichen hab ich damals alle Verschenkt an leute die mal Basics lernen wollen ... hab damit schon zuviel lehrgeld gezahlt .. vorallem wenn du so klein Spannungen verarbeiten willst rate ich dir da nicht am falschen Ende zu sparen.

Gruß,
Manuel

 

[dino03]

Hallo,

Die LM741... LM324 und der gleichen hab ich damals alle Verschenkt an leute die mal Basics lernen wollen ...

die sind ganz gut (reichen aus) wenn man nen lineargeregeltes Netzteil so richtig "Old School" mäßig bauen will

Gruß
Dino

 

[LotadaC]

Ich meine mich zu erinnern, daß wir mal eine Analogschaltung mit diversen AD711JN und AD797AN nachbauen mußten (mit dem Ok des ursprünglichen ... ähm ... Designers - er hatte damals sogar noch'n Verbesserungsvorschlag, den wir dann umgesetzt haben. dabei sind die 797 dann je einem AD620AN gewichen.
Übrigens alles Single-Gate-Chips.
Wie schätzt ihr die ein?

Bei einer anderen Schaltung (4-Wire-PT1000-Verstärker nach AN-1559) will ich einen LMP7704 einsetzen - hat zu dem jemand 'ne Meinung?

 

[dino03]

Hi,

Ich meine mich zu erinnern, daß wir mal eine Analogschaltung mit diversen AD711JN und AD797AN nachbauen mußten (mit dem Ok des ursprünglichen ... ähm ... Designers - er hatte damals sogar noch'n Verbesserungsvorschlag, den wir dann umgesetzt haben. dabei sind die 797 dann je einem AD620AN gewichen.

den AD620AN hab ich mir glaube ich selber mal rausgesucht. Irgend so ein Ding ( AD620, AD622, AD623, ... ) hab ich mir auch mal besorgt. Sollten noch so 2-3 Exemplare von da sein. Einen hab ich glaube ich mal für nen Stromsensor verbaut. Müßte ich aber erstmal nachsehen.

Gruß
Dino

 

[Cassio]

....vorallem wenn du so klein Spannungen verarbeiten willst rate ich dir da nicht am falschen Ende zu sparen.

Hallo Manuel!

Den LT1013 und LT1012 hatte ich auch schon ins Auge gefasst.....
Allerdings hat mich der Preis zum "rumspielen" doch etwas abgeschreckt.

Aus dem Grunde hatte ich mir mal eine ganze Reihe LM324 besorgt.
Inzwischen nehme ich lieber die TL072 bzw. TL074.


Bei meiner jetzigen Aufgabe muss ich aber leider auf "Qualität" setzen, weil die geringe Spannung am Ende eine SEHR große Wirkung hat.
Ich hatte gehofft, dass die TL072 ausreichend sein würden.....
aber scheinbar bin ich persönlich mal wieder zu pingelig.


Damit habe ich nun zwei Möglichkeiten:
1. Entweder am Perfektionismus einige Abstriche machen,
2. oder die teuren LT101x kaufen.



Danke allen, für eure Hilfe!
Cassio

 

[FreeVEE]

Aus dem Grunde hatte ich mir mal eine ganze Reihe LM324 besorgt.
Inzwischen nehme ich lieber die TL072 bzw. TL074.


Bei meiner jetzigen Aufgabe muss ich aber leider auf "Qualität" setzen, weil die geringe Spannung am Ende eine SEHR große Wirkung hat.
Ich hatte gehofft, dass die TL072 ausreichend sein würden.....
aber scheinbar bin ich persönlich mal wieder zu pingelig.


Damit habe ich nun zwei Möglichkeiten:
1. Entweder am Perfektionismus einige Abstriche machen,
2. oder die teuren LT101x kaufen.



Danke allen, für eure Hilfe!
Cassio

Hi Cassio,

als ich Deine Schaltpläne mir angesehen hatte, stellte ich mir auch gleich die Frage nach der verwendeten Betriebsspannung.
Hatte solche "Lernschleifen" auch schon mehr als einmal

Als ich den Thread überflogen hatte, kamen dann auch so einige Erfahrungen wieder hoch - manchmal muss man halt durch Fehler lernen...

Jetzt nehme ich meistens auch die etwas teuren OpAmps.
Kann Dir auch nur empfehlen nicht an der falschen Stelle zu sparen!

Schau mal nach der Bezeichnung Rail to Rail, dass könnte Dir evtl. weiterhelfen.


MfG
FreeVee

 

[Dirk]

Hi FreeVEE,

... Schau mal nach der Bezeichnung Rail to Rail, dass könnte Dir evtl. weiterhelfen.

Cassio hatte ja schon eine geeignete Betriebsspannung verwendet, so dass es sicher nicht an einem zu kleinen Aussteuerungsbereich liegt. Vermutlich liegt es am Eingangsoffset, der sich bei solch kleinen Spannungen am Eingang dann schon bemerkbar macht.

Dirk

 

[dino03]

Hallo,

gute OPAmps für Meßanwendungen oder ähnliches liegen so zwischen 4 - 7 eur.
Da sollte man sich mit anfreunden. Ist natürlich nen ganz schöner Schluck gegenüber
den paar Cent von nem LM324/TL074 4fach-OPAmp.

Gruß
Dino

 

[Cassio]

Hallo FreeVee!

Nun ja, der Fehler mit der Versorgungsspannung wurde mir ja nur angedichtet, weil ich sie leider nicht gleich mit angegeben hatte.


Ich tüftel aber die ganze Zeit noch weiter mit den LM324-OpAmps rum.....
So richtig verstehe ich die Dinger auch nicht.

Vorgestern Abend hatte ich sehr geringe Differenzen, als ich die Werte halbiert hatte.
So hatte ich bei 6mV (Eingang) dann 0,5V (Ausgang) eingestellt und
bei 24mV dann 1,97V erhalten.
Mit der geringen Differenz hätte ich dann ganz gut leben können.

Gestern Abend hat aber der identische Versuchsaufbau bei 24mV dann nur noch 1,85V zu Tage gebracht!
Warum auch immer.


Heute Abend habe ich den Abgleich auf 4V mal umgekehrt gemacht.
Also erst den Eingang auf 24mV eingestellt und dann die Ausgangsspannung auf 4V eingeregelt.
Wenn ich den Eingang nun auf 6mV einstelle, dann bleiben mir am Ausgang perfekte 1,05V.

Das sind quasi Traumwerte, mit denen ich super leben könnte.


Ich frage mich jetzt nur woran es liegt, dass ich so große Differenzen habe!
Ach so.....
Die Widerstände sind Metall-R`s mit 0,1% und 1% Toleranz...... abgesehen von den Potis.
Außerdem liegt der Testaufbau immer auf meinem Schreibtisch und wird nur 20cm hin und her bewegt.
Obendrein unterliegt mein Büro auch keinen nennswerten Temperaturschwankungen.

Ist also alles etwas seltsam.


Ich werde also mit dem Rest erst mal weitermachen und mich ggf. später noch mal um andere OP`s kümmern.


Grüße,
Cassio

 

[FreeVEE]

Hi FreeVEE,


Cassio hatte ja schon eine geeignete Betriebsspannung verwendet, so dass es sicher nicht an einem zu kleinen Aussteuerungsbereich liegt. Vermutlich liegt es am Eingangsoffset, der sich bei solch kleinen Spannungen am Eingang dann schon bemerkbar macht.

Dirk

Oh, stimmt - hätte den Thead vielleicht etwas genauer lesen sollen...
Das mit dem Eingangsoffsetfehlergedöns hatte ich doch glatt übersehen.

In der Ausbildung (lange ist es her) hatten wir mal was von "Übernahmeverzerrungen" erzählt bekommen, als das Thema OpAmps durchgesprochen wurde.
Ich meine mich daran erinnern zu können, dass diese um den 0V Bereich auftreten.


Hatte in der Vergangenheit viel mit analogen Rechenschaltungen gemacht - kann nur sagen: lieber etwas mehr Geld ausgeben - es lohnt sich!



MfG

FreeVee

 

[bluelight_electronic]

Hi Cassio,

hmm du schreibst von 6mV ...

sry aber einfach mal die Frage mit was misst du die 6mV ? Nicht dass dir dein Messgerät/ Messaufbau da schon mehr Fehler bringt als der OP ?!? *g*