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Stefan Wimmer Grand Master of Rocketry Moderator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Berlin Verein: Deutsche Experimental Raketen Arbeitsgruppe (DERA) Beiträge: 2398 Status: Offline	Beitrag 11592 , Der Instrumentenverstärker - Aufzucht und Hege :) [21. März 2002 um 18:55] [Melden] Der Instrumentenverstärker - Aufzucht und Hege Steigt man in die "gehobene" Raketenelektronik ein, stößt man immer wieder auf das folgende Problem: Ein Sensor (Druck, mechanische Kräfte (DMS), Magnetfeld, etc...) besteht intern oft aus einer Brückenschaltung wie dieser hier: Folgende Datei wurde angehängt: It's the Government - it doesn't have to make sense! (B. Kaplow in r.m.r)
Stefan Wimmer Grand Master of Rocketry Moderator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Berlin Verein: Deutsche Experimental Raketen Arbeitsgruppe (DERA) Beiträge: 2398 Status: Offline	Beitrag 11593 [21. März 2002 um 18:55] [Melden] Man kann sich diese als zwei nebeneinanderliegende Spannungsteiler vorstellen. Die Mittelabgriffe sind die Ausgänge. Im Idealfall (den man leider niemals antrifft) sind im Ruhezustand die Teilerverhältnisse der beiden Spannungsteiler identisch und die Spannung an den beiden Abgriffen ist ebenfals gleich. Wird nun der Sensor mit seiner Meßgröße beaufschlagt, so wird dieses Gleichgewicht verschoben (die beiden Teilerverhältnisse werden ungleich) und die Spannungen an den Mittelabgriffen laufen auseinander. Die eigentlich interessierende Ausgangsspannung ist also die Differenz der Spannungen an den beiden Abgriffen. Bei realen Sensoren kann dieses Ausgangssignal recht klein sein, während gleichzeitig der Ruhepegel (Offset) irgendwo zwischen Null und der Versorgungsspannung liegt. Man könnte nun auf die Idee kommen, einfach einen Operationsverstärker zur Differenzbildung und gleichzeitigen Verstärkung der Signale zu verwenden: Folgende Datei wurde angehängt: It's the Government - it doesn't have to make sense! (B. Kaplow in r.m.r)
Stefan Wimmer Grand Master of Rocketry Moderator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Berlin Verein: Deutsche Experimental Raketen Arbeitsgruppe (DERA) Beiträge: 2398 Status: Offline	Beitrag 11594 [21. März 2002 um 18:57] [Melden] Hier führen die Sensor-Ausgänge direkt und ohne weitere Beschaltung auf die relativ hochohmigen Eingäge zweier Operationsverstärker. Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist, daß die Verstärkung nur noch durch einen einzigen Widerstand festgelegt wird und Offsetkorrekturen z.T. schon am invertierenden Eingang von A1 vorgenommen werden können. Da jedoch A1 die Sensorspannung inclusive des Offsets verstärken muß, bevor in A2 dann die Differentz gebildet wird, kann A1 auch hier leicht in Sättigung geraten und schränkt somit die maximale Offsetspannung ein. Sind die Verhältnisse von Signal- und Offsetspannung eines Sensors so, daß man mit dieser Einschränkung leben kann, steht dem Einsatz dieser Schaltungsvariante nichts entgegen. Wie in http://e-www.motorola.com/brdata/PDFDB/docs/AN1557.pdf (121KB) gezeigt, ist die Dimensionierung relativ einfach und durch Anfügen einer dritten Stufe können auch negative Offsets beherrscht werden. In der Praxis hat sich schließlich folgende Schaltung durchgesetzt und gilt als der "klassische Instrumentenverstärker": Folgende Datei wurde angehängt: It's the Government - it doesn't have to make sense! (B. Kaplow in r.m.r)
Stefan Wimmer Grand Master of Rocketry Moderator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Berlin Verein: Deutsche Experimental Raketen Arbeitsgruppe (DERA) Beiträge: 2398 Status: Offline	Beitrag 11595 [21. März 2002 um 18:57] [Melden] Hier arbeiten die beiden Eingangsstufen gegen ein 'schwimmendes' Bezugspotenzial an RG welches der Eingangs-Offstespannung folgt und können somit nicht durch den Offset in die Sättigung getrieben werden. Verstärkungs-Gleichlauf und CMR (siehe oben) hängen davon ab, wie genau R2 und R2' bzw. R3 und R3' miteinander übereinstimmen und die Verstärkung kann via RG in weiten Grenzen gewählt werden. Für die Ausgangsspannung gilt: Vout = (Vin+ - Vin-) * ( (2R1/RG + 1) * (R3/R2)) Quellen: Datenblätter und Application Notes von Phillips, Motorola und Analog Devices It's the Government - it doesn't have to make sense! (B. Kaplow in r.m.r)
Stefan Wimmer Grand Master of Rocketry Moderator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Berlin Verein: Deutsche Experimental Raketen Arbeitsgruppe (DERA) Beiträge: 2398 Status: Offline	Beitrag 11597 [21. März 2002 um 19:23] [Melden] Oops, da hat die Foren-Software doch glatt den Beitrag zwischen 18:55 und 18:57 unterschlagen. Also bitte oben einfügen: Das funktioniert sogar, hat in dieser Ausführung aber leider einige Nachteile: Die Eingangsimpedanz ist recht niedrig und an den beiden Eingängen auch noch unterschiedlich, was zu einer ungleichmäßigne Belastung des Sensors und zur Verstimmung der Eingangsspannungen führt. Außerdem müssen die Verhältnisse der Widerstände untereinander sehr genau miteinander übereinstimmen, da sonst Anteile der Offsetspannung mitverstärkt werden und das Ausganggsignal des Verstärkers unbrauchbar machen können (schlechte Gleichtaktunterdrückung (common mode rejection, CMR)). Besser ist folgender Aufbau: Folgende Datei wurde angehängt: It's the Government - it doesn't have to make sense! (B. Kaplow in r.m.r)
Neil 99.9% harmless nerd Administrator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Delft Verein: SOLARIS Beiträge: 7776 Status: Offline	Beitrag 11599 [21. März 2002 um 19:53] [Melden] Hi, wieso nehme ich nicht einfach einen DMS und benutze diesen und einen anderen bekannte Widerstand, um eine bekannte Spannung zu verstärken? Das ganze ist dann zwar nicht Temperaturstabil und nutzt auch nicht die vollen Möglichkeiten eines DMS aus, doch wäre das doch sicherlich einfacher. Im Prüftechnik praktikum war ich tierisch froh, das wir so eine Blackbox hatten. Alle vier Punkte der Brückenschaltung angeschlossen und noch schnell dem Typ im Computer eingehackt. Oh staune da kam dann auch schon die Kraft Spannung heraus die an den Streifen wirkte. Wäre es also nicht einfacher wenn wir alle warten bis SW die Schuhcarton Namens Blackbos zusammengekürzt hat, bis wir da eine kleine Schachtel vor uns haben? Gruß Neil Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu.
Erwin Behner SP-Schnüffler Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Bayern (nähe Augsburg) Verein: RAMOG e.V. Beiträge: 765 Status: Offline	Beitrag 11622 [22. März 2002 um 14:02] [Melden] Zitat: Original geschrieben von Neil Hi, wieso nehme ich nicht einfach einen DMS und benutze diesen und einen anderen bekannte Widerstand, um eine bekannte Spannung zu verstärken? Das ganze ist dann zwar nicht Temperaturstabil und nutzt auch nicht die vollen Möglichkeiten eines DMS aus, doch wäre das doch sicherlich einfacher. Wie willst du mit einem passiven Bauteil wie einem Widerstand verstärken? Die Änderungen des DMS liegen übrigens im MILLI-Ohm-Bereich. Da braucht es schon einer ordentlicher Verstärkung um ein Nutzbares Signal zu kriegen. Zitat: Original geschrieben von Neil Wäre es also nicht einfacher wenn wir alle warten bis SW die Schuhcarton Namens Blackbos zusammengekürzt hat, bis wir da eine kleine Schachtel vor uns haben? Man kann ja auch fertige Verstärkerschaltungen kaufen... Viele Grüße
Neil 99.9% harmless nerd Administrator Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Delft Verein: SOLARIS Beiträge: 7776 Status: Offline	Beitrag 11625 [22. März 2002 um 14:45] [Melden] Hi, bei einem Operationsverstärker gebe ich doch die Verstärkung über das Verhältnis von zwei Widerständen an. Also definierte Spannug wird passend zu der DMS Belastung verstärkt. Gruß Neil Die Erde ist eine Scheibe. Egal in welche Richtung sich die Menschheit bewegt, sie geht immer auf einen Abgrund zu.
Erwin Behner SP-Schnüffler Registriert seit: Aug 2000 Wohnort: Bayern (nähe Augsburg) Verein: RAMOG e.V. Beiträge: 765 Status: Offline	Beitrag 11627 [22. März 2002 um 15:00] [Melden] Hmm. Vielleicht habe ich dich da missverstanden. Mach doch mal bitte eine Zeichnung davon, die sagt ja bekanntlich mehr als 1000 Worte. Viele Grüße Erwin
Winfried Epoxy-Meister Registriert seit: Okt 2001 Wohnort: Augsburg Verein: Beiträge: 452 Status: Offline	Beitrag 12139 [05. April 2002 um 15:08] [Melden] Hallo zusammen, der Nachteile diskret aufgebauter Instrumentenverstärker (da verstehe ich die Zusammenschaltung von einzelnen OP's) sind vielfältig. Ich denke hier nur an die Thermospannungen an den Lötstellen der Widerstände und die Anforderung nach absoluter Gleichheit der Widerstände. Die 10ppm Widerstände überteigen bei weitem den Preis eines integrierten Instrumentenverstärkers der sogar noch zero drift bietet (kleiner 50nV/Grad) und Ofsettspannungen im paar uV-Bereich. Den besten, den ich kenne ist der LTC 1100. Er hat eine feste Verstärkung von 100 und kostet ca. 10€. Dadurch, daß keine Koppelwiderstände notwendig sind kann man auch die Thermospannungen gut in den Griff bringen. Die Daten sind so gut, daß die meisten nicht in der Lage sein dürften, seine Fehler zu messen. Er ist ideal als rückenverstärker für DMS geeignet. Reichelt Electronik liefert den Baustein zu einem günstigen Preis, nicht zu vergleichen mit den Fantasiepreisen von Conrad. Grüße Winfried

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