Opamp versterker

[microchip]

Hallo mensen!
Ik kom hier met een probleem. Ik ben bezig met het maken van een digitale weegschaal. Als druksensor gebruik ik een blokje aluminium met daarop enkele rekstrookjes en een Wheatstone bridge. Er komen 4 draden uit, 2 waartussen ik 5V zet en 2 waartussen ik het voltage meet. Als ik met de multimeter het voltage tussen de draden meet, werkt het prima. Ik krijg een uitslag van enkele millivolts als ik er druk op zet.

Als ik er op de volgende manier een opamp op aan sluit, gaat het ook nog allemaal goed:


Voor R1 gebruik ik een weerstand van 1KOhm, en voor R2 eentje van 210KOhm. Op de + en - van Vin sluit ik de draden van de Wheatstone bridge aan. De versterking werkt in dit geval prima en ik krijg een signaal in de decivolts.
Maar, dit is nog steeds niet genoeg, dus zet er een tweede opamp achter, die het signaal nog meer zou moeten versterken.

Voor R3 gebruik ik een weerstand van 1KOhm, en voor R4 van 100KOhm.
Het probleem hier is dat ik constant een voltage van -0.5V krijg! Uit de eerste opamp komt een prima voltage, maar de tweede opamp is (blijkbaar) verkeerd geschakeld. Waar ligt dit aan, en waarom?

Als voeding gebruik ik 8 AA batterijen van 1.5V met een middenaftakking waardoor ik 3 stroomlijnen krijg van -4.5V, 0V en 4.5V.
Ik heb de schakeling gebaseerd op dit artikel: http://www.engr.sjsu.edu/...electronicscale-atmel.pdf

Hopelijk heeft iemand een idee En als iemand vind dat ik het heel anders moet doen, sta ik open voor suggesties!

[Megamind]

Ik heb er niet zoveel verstand van maar misschien moet er een diode aan de V- tussen de 2?

[software]

De versterking van de inverterende opamp is
Au = -Rf/Ri

De versterking (Au) is gelijk aan de Weerstand die terugkeert naar de opamp/de voorschakel weerstand.
Die - slaat op tegenfase.
Je versterking is R4/R3 is 100 maal.

[naftebakje]

Met ^, je zit met een inverterende versterker. Google maar eens op "inverterende opamp", dan vind je wel genoeg uitleg over de basisschakelingen met opamps, en zie je wel wat de oplossing is.

[jeronimo]

Volgens mij heb je een differentiele ingangsschakeling nodig. Je wilt immers het verschil over de brug versterken. In deze datasheet http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AMP03.pdf figuur 2 of 9 vind je een schakeling die wel werkt.

NB Op page 5 van je bron (http://www.engr.sjsu.edu/...electronicscale-atmel.pdf) staat ook de correcte schakeling met een INA126.

[ Voor 25% gewijzigd door jeronimo op 20-06-2007 23:07 ]

[lemming_nl]

jeronimo2003 schreef op woensdag 20 juni 2007 @ 23:02:
Volgens mij heb je een differentiele ingangsschakeling nodig. Je wilt immers het verschil over de brug versterken. In deze datasheet http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AMP03.pdf figuur 2 of 9 vind je een schakeling die wel werkt.

Sterker nog, in de link van de TS staat keurig dat je een instrumentation amplifier nodig hebt en hoe je zo'n ding bouwt (of kant en klaar haalt wat makkelijker is).

[microchip]

@jeronimo2003: Ik ga gelijk de schakeling proberen te maken!

Ik heb expres niet voor de INA126 gekozen omdat ik niet snel binnen kon krijgen, terwijl ik wel een paar LF353's had liggen.

Ik ben me er van bewust dat het een inverterende versterking is waar ik voor gekozen heb, maar het zijn er wel twee achter elkaar, dus dat zou elkaar dan toch teniet moeten doen? En dat is het probleem ook niet, dat er een geinverteerde voltage uitkomt. Het probleem is dat er een voltage uit de eerste opamp komt die klopt, terwijl er een _constante_ voltage (eentje die dus niet verandert bij een verandering in het voltage uit de Wheatstone bridge) uit de 2e opamp komt! Waarom kan ik niet twee keer dezelfde schakeling achter elkaar zetten om het signaal nog meer te versterken?

[ Voor 6% gewijzigd door microchip op 20-06-2007 23:31 ]

[lemming_nl]

Ik verwacht dat er iets mis gaat met de terugkoppeling. De uitgangsspanning van de 2e beinvloed die van de 1e. (maar ik ben geen opamp expert ofzo dus ik kan er compleet naast zitten)

[DP Kunst]

Heb je al eens gekeken wat je 2e opamp voor signaal geeft als je de eerst ervan losgekoppeld hebt? Dat die 2e dus geen ingangssignaal heeft. Als je dan nog steeds -0,5 krijgt is die opamp gewoon niet goed.

En verder, is die + - 4,5V niet een beetje weinig? Wij hebben hier op de uni laatst een sensor moeten bouwen. In die opamps moest je +- 7,5V stoppen wou je er +-5V uithebben...

[jeronimo]

Het gaat er niet om of je nu 1 of 2 inverterende opamps achter elkaar hebt. Wij kunnen aan de hand van je schets niet zien hoe je e.e.a. aangesloten hebt, maar het grote verschil en dat is denk ik de gedachtesprong die je nog moet maken is dat we alleen geintresseerd zijn in de verschilspanning van de brug (Vout in fig 4) en niet in de spanningen Vout 1 en 2 tov common.
Post anders eens het schema van je brug en opamp schakeling zodat we een beter beeld hebben.

[microchip]

Op de + en - van Vin sluit ik de draden van de Wheatstone bridge aan.

De schema's worden hoe langer hoe lelijker, maar...:


De opamp is gewoon nog goed. Als ik de 2e opamp als eerste schakel, werkt het ook gewoon goed...

[Verwijderd]

Je hebt een signaal in 'decivolts', en je wil het signaal naar volts? Dan zou ik de versterkingsfactor van de tweede opamp wat lager instellen: nl factor 10 ipv factor 100. dus een weerstand van 1Kohm en 10Kohm. (ipv 1Kohm en 100Kohm)

[AB2ND]

je hebt een signaal van enkele milivolts zeg je, laten we uitgaan van 1mV
je versterkt het signal in 2 trappen van resp. -210 x en -100 x de totale versterkinge bedraagt dan dus 21000. Als je er 1 mv in stopt, krijg je er dus 21V uit, met een voedingsspanning van -4.5 tot 4.5 volt gaat dat dus al niet

[Verwijderd]

Volgens mij kan deze schakeling gewoon nooit werken.

Als je het gedeelte R2 - R3 bekijkt: de linkerkant van R2 staat op potentiaal V- ( uitgaande van virtuele aarde, en geen saturatie want negatieve terugkoppeling). De rechterkant van R3 staat ook op V-. Dus de weerstanden R2 - R3 staan aangesloten over een potentiaalverschil van 0V. Bijgevolg is de stroom hierdoor ook 0A en dus krijg je geen versterking meer.

Die -0,5V die je uitleest in deze schakeling, is een van de voornaamste redenen waarom je voor dit soort zaken zeker geen opamp's mag gebruiken, maar met in-amps moet werken. De -0,5V is namelijk gewoon een gevolg van offsetstromen in de 2e opamp. Met een R4 van 100kOhm, betekend dit met jouw uitlezing een offsetstroom van 5µA en dat is zeker niet zo abnormaal voor normale op-amps. Als je wil controleren of mijn vermoeden correct is: maak identiek dezelfde schakeling, maat met R4 = 500kOhm. Normaal gezien zal je nu - 2,5V uitlezen aan de uitgang.

Enige manier om dit deftig op te lossen zijn inamps of differentiele versterkers (hoewel die toch wel belangrijke nadelen hebben tov inamps). Zelf als je met 2 op-amps een werkende schakeling kan bouwen, dan ga je zodanig veel last hebben van offset en bias, dat je geen deftige resultaten mag verwachten.

EDIT:
Als je het per sé met op-amps wil doen (zelf met de zeer storende neveneffecten), is een oplossing om een 3e op-amp te gebruiken, die je tussen de uitgang van opamp 1 en R3 plaats. De + klem van deze opamp verbind je met de uitgang van opamp 1. De - klem ervan verbind je met zijn eigen uitgang (dus negatieve feedback), en de uitgang sluit je dan aan op R3. Op die manier kan je de uitgang van de opamp belasten zonder dat de spanning beinvloed wordt. Je moet hier dan wel goed opletten dat je stromen niet te groot worden (een op-amp kan maar een aantal mA stroom verdragen voor hij kapot gaat). Gebruik ook géén weerstand tussen de - klem en uitgang van deze 3e opamp, want dan gaat het hele principe verloren.

[ Voor 22% gewijzigd door Verwijderd op 25-06-2007 09:58 ]