Ausgangsspannungs-Offset des Operationsverstärkerpuffers

Ich baue ein System, das die Spannung von Batterien misst und aufzeichnet. Es gibt 8 Kanäle im System, jeder Kanal kann 0-35 V messen. Die Genauigkeit, für die wir uns entschieden haben, beträgt +/- 0,02 V.

Der Operationsverstärker LMV324 wurde ausgewählt, da er eine Eingangsoffsetspannung von max. 6 mV angegeben. Es wird ein 12-Bit-ADC mit einer Referenzspannung von 1,8 V verwendet.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe die Schaltung gebaut und festgestellt, dass der Ausgang des Operationsverstärkers auch ohne angelegte Eingangsspannung 0,04 V beträgt. Ich habe zwei dieser Operationsverstärker auf derselben Platine und alle Ausgangsspannungen zwischen 0,038 V und 0,04 V ohne Eingabe.

Zuerst dachte ich, dass Rauschen / Welligkeit von meinem DC-DC-Wandler, der die Operationsverstärker mit Strom versorgt, das Problem gewesen sein könnte, aber dann habe ich auf einen Linearregler umgeschaltet und genau das gleiche passierte.

Warum passiert das?

Das Problem ist die "Low-Level-Ausgangsspannung" V_ol , die niedrigste Ausgangsspannung am Ausgang des Operationsverstärkers, wenn VDD = 0 V
Warum sollten Sie speziell einen Operationsverstärker mit einer so schlechten Eingangsoffsetspannung wählen?
Sorry, ich habe nicht viel Erfahrung mit Opamps. Ich wusste nicht, dass das schlecht ist. Welche Art von Eingangsoffsetspannung würde als „gut“ eingestuft? Insbesondere habe ich gerade berechnet, dass der Opamp-Ausgang innerhalb von 1 mV des Eingangs liegen muss
Warum benutzt du überhaupt einen Operationsverstärker? Gibt es einen Grund, warum Sie keine direkte Verbindung herstellen?
Beachten Sie, dass dies die Aufgabe der Batterieüberwachung überhaupt nicht beeinträchtigt

Antworten (2)

Input- Offset bedeutet, dass der Operationsverstärker einen Unterschied von> 6 mV zwischen seinen Eingängen erkennen kann . Der Ausgang kann immer noch über 6mV liegen. Sie benötigen einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker, der an seinem Ausgang auf null Volt abfällt . Ich weiß nicht, ob es etwas billiges gibt, das das kann.

Hier ist ein Tutorial zur Eingangsoffsetspannung https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-037.pdf

Der übliche Weg, um einen Nullausgang zu erhalten, ist die Verwendung einer symmetrischen Doppelversorgung. Und dann eine Art Schutzschaltung, um sicherzustellen, dass der Ausgang innerhalb der uC-Eingangsgrenzen liegt. Dadurch wird jeder einzelne Operationsverstärker, der jemals hergestellt wurde, auf null Volt heruntergefahren.

Oder man kann den Eingang mit einer Vorspannung (in diesem Fall 65 mV) hinzufügen und dann dem Operationsverstärker zuführen. Dies wird jedoch wahrscheinlich noch mehr Fehler einführen.

Wenn Sie einen Operationsverstärker finden, der einen 0-V-Ausgang hat, aber einen hohen Eingangs-Offset hat, können Sie immer noch den LMV324 verwenden. Stellen Sie eine Verstärkung am LMV324 ein und speisen Sie sie in den anderen Operationsverstärker ein.

[Der OP07 ist kein Rail-to-Rail-Operationsverstärker. Aus dem Datenblatt geht hervor, dass bei einer Versorgung von ±15 V die Ausgangsschwankung maximal ±12,5 V beträgt. Das heißt, wenn die Stromversorgung eine 5-V-Einzelschiene ist, variiert der Ausgang von +1,5 V bis +3,5 V max, anstatt 65 mV bis 4,99 V für den LMV324 (typisch) oder sogar 5 mV bis 3,5 V für den LM358 (typisch)]

hinzugefügt Bei 3,3 V Single-Rail-Versorgung für den Operationsverstärker zum Messen der Batteriespannung ist der LM358 in Ordnung. Ich würde versuchen, die Versorgungsspannung nach Möglichkeit etwas zu erhöhen, um Variationen zwischen den Chips zu berücksichtigen, da 3,3 V genau 3,3-1,8 = 1,5 V Headroom lassen (was die Grenze für diesen Operationsverstärker ist).

Wie Doodle und andere unten sagen, wird eine Batterie in Wirklichkeit niemals auf null Volt abfallen, sodass ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker nicht wirklich erforderlich ist.

Die Eingabe von Null wäre für die Genauigkeit großartig. Wenn das OP jedoch einen uC verwendet, kann die Kalibrierung möglicherweise auch in Software durchgeführt werden, wenn der Eingangsoffset für den jeweiligen Chip stabil ist (dies ist eine Annahme).

OP hat die Lieferbeschränkungen für den Operationsverstärker nicht klargestellt. Sie arbeiten unter dem Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung, während ich vorschlage, basierend auf einer doppelten Versorgung.
@Doodle Nun ... du hast nicht ganz recht. (Mit doppelter Versorgung) Ein niedriger Eingangs-Offset stellt nur sicher, dass der Ausgang Null ist, wenn der Eingang ebenfalls Null ist. Das ist ein idealer Operationsverstärker, und der OP07 kommt ihm nahe. Bei einer doppelten Versorgung erreicht jedoch JEDER Operationsverstärker null Volt, selbst wenn der Eingang nicht genau null ist. Wenn man kein Multimeter baut, ist das OP07 übertrieben. Für das OP scheint ein Eingangsoffset von 6 mV in Ordnung zu sein. Daher sollte der gewöhnliche LM358 mit 7 mV Eingangsversatz und 5 mV Ausgang mit Einzelschiene auch vollkommen in Ordnung sein.
@Doodle man kann den LM358 auch mit dualer Versorgung betreiben um genau 0 V Ausgang zu bekommen (aber das wäre natürlich irgendwie blöd). Für ein Thermoelement oder Multimeter würde ich definitiv ein OP07 oder besser mit doppelter Versorgung verwenden. Aber zum Messen einer Batterie ...?
Der Punkt, um das OP07 vorzuschlagen, waren die Null-Pins, die es Ihnen ermöglichen , den Ausgang auf Null zu stellen, wenn der Eingang ziemlich einfach Null ist. Ich arbeite nur an den angegebenen Anforderungen des OP und nicht an der Anwendung.
@Doodle OP hat jetzt angegeben, dass die Opamp-Versorgung 3,3 V Single Rail ist. Du liegst nicht falsch, nur etwas daneben. Ich hege keinen Groll. Ja, Sie haben auch Recht mit dem irrelevanten Teil. Wir schlagen uns hier nur die Köpfe ein.
Wenn er es sich jetzt ansieht ... wenn er eine echte Batterie misst, die niemals vollständig auf 0 V entladen wird, gibt es kein wirkliches Problem mit der Verwendung seiner ursprünglichen Schaltung.
@Doodle True, es sei denn, seine Batterie fällt unter 1,2 V. OP sagt, seine Batterie hat 0-35 V. Ich weiß nicht, was ich davon halten soll. Der LM358 misst mit den Widerständen, die OP gezeigt hat, bis zu 0,12 V. Preise: LMV358 10/$1,25, OP07 10/$1, LM358 50/$1.

Die Genauigkeit wird durch die Linearitäts- und Driftfehler des Widerstandsteilers, des Operationsverstärkers und des ADC bestimmt. Solche Schaltungen werden normalerweise mit einer externen Spannungsquelle in der Produktionslinie oder während der Prüfung/Inbetriebnahme kalibriert, und Sie müssen keine Präzisionswiderstandsnetzwerke oder Operationsverstärker mit niedrigem Offset verwenden.

Wenn Sie können, ist es immer eine Option, einige elektronische Schalter an jedem Eingang zu verwenden, um eine Selbstkalibrierung beim Einschalten und regelmäßig danach zu ermöglichen, wenn Sie die thermische Drift vollständig aufheben möchten.

Vergessen Sie nicht die EMI-Filterung am Eingang sowie den ESD-Schutz!

Ausgangsspannungs-Offset des Operationsverstärkerpuffers
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