Einfacher Operationsverstärker-Differenzverstärker

EDIT: Danke an alle, ich habe es zum Laufen gebracht :Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich jetzt nur mehrere Antworten akzeptieren könnte ...

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Ist der Ausgang dieser Operationsverstärkerschaltung linear in der Eingangsspannung? Die letzte Gleichung A = R F R 1 scheint zu implizieren, dass der Ausgang linear ist, aber als ich ihn in Multisim mit einem Sinuswelleneingang simulierte, war der Ausgang entweder ein Sinus mit einer Amplitude von 0,1 V oder eine Rechteckwelle mit einer Amplitude von 4 V für kleine Änderungen der Eingangsamplitude. Wie kann ich die Ausgabe linear halten?

Ich versuche, ein Differenzsignal von 10 µV bis 100 µV mit einem analogen Verstärker auf mindestens 1 V zu verstärken, damit ich es mit einem ADC wie dem auf einem Arduino messen kann. Gibt es einen einfacheren Weg, dies mit nur wenigen Teilen zu tun?

Frequenzbereich: 8 Hz bis 50 Hz

Der Operationsverstärker, den ich in Multisim verwendet habe, ist OP497 (dies war der erste, den ich im Multisim-Katalog gefunden habe, der ein DIP-Paket hatte)

Bearbeiten: Ich habe den Operationsverstärker umgedreht und jetzt scheint der Ausgang linear zu sein, aber die Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannung beträgt nur 45 mV. Sollte es nicht viel höher sein als der Eingang?

Eingang im Simulator: 20 Hz Sinus bei 500 mV Spitze, 500 mV Offset

Screenshot :Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich werde nicht ins Detail gehen, aber im Allgemeinen sind Operationsverstärker ziemlich laut. Möglicherweise möchten Sie Ihr Signal mit diskreten Komponenten wie Transistoren verstärken.
Die Schaltung sollte linear sein. Wenn Sie ein Bild der von Ihnen simulierten Schaltung posten, können wir möglicherweise sehen, warum Sie die seltsamen Ergebnisse erhalten haben, die Sie erzielt haben. Welches Op-Amp-Modell haben Sie für die Simulation verwendet und welche Netzteile haben Sie beispielsweise verwendet, könnte involviert sein.
Auch, was ist der Frequenzbereich Ihres Signals. Was ist die maximale Frequenz, die Sie verstärken müssen, und müssen Sie gleichstromkoppeln oder nicht?
@JonnyBGood Ich dachte, Transistoren würden normalerweise zum Schalten verwendet, sodass der Ausgang nichtlinear wäre, wenn er als Verstärker verwendet würde. Ich möchte die tatsächliche Wellenform des Eingangs sehen, damit die Wirkung des Verstärkers auf den Eingang vorhersehbar sein muss (idealerweise ist er linear).
@ThePhoton Ich habe den Screenshot, die Frequenz und das Modell hinzugefügt.
Es ist aufgrund der Auflösung des schematischen Bildes schwer zu sagen, aber für mich sieht es so aus, als hätten Sie eher positives als negatives Feedback. Bitte überprüfen Sie, ob Sie einen Widerstand haben, der den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers mit dem invertierenden (Minus) Anschluss und nicht mit dem nicht invertierenden (+) Anschluss verbindet.
@AlfredCentauri Einverstanden - sieht aus, als hätte er + und - verwechselt. OP benötigt auch eine gewisse DC-Vorspannung, um den negativen Teil der AC-Wellenform nicht zu begrenzen.
@Madmanguruman Ich habe den Operationsverstärker umgedreht und der Eingang ist nie negativ, aber er verstärkt den Eingang immer noch nicht.
Vielleicht mag die Simulation den schwebenden AC-Eingang nicht. Versuchen Sie, einen 100-Meg-Widerstand von einer Seite der Wechselstromquelle zum Opamp-Return hinzuzufügen.
Ihre überarbeitete Schaltung ist kein Differenzverstärker mehr. es ist ein Inverter mit Verstärkung -1 ... Der (+) Eingang ist geerdet.

Antworten (4)

Ich denke , Sie haben Ihren Operationsverstärker in Ihrem Schaltplan "auf den Kopf gestellt", obwohl dies aufgrund der groben Auflösung des Bildes schwer zu sagen ist. Aber es sieht so aus, als ob Ihr Rückkopplungsteiler eher mit dem nicht invertierenden Eingang als mit dem invertierenden Eingang verbunden ist.

Wenn ja, haben Sie dort eher eine Schmitt-Trigger- Schaltung als den beabsichtigten Differenzverstärker.

"Bild in neuem Tab öffnen" und Sie werden sehen, dass Sie es richtig gemacht haben. OP hat den Operationsverstärker für positives Feedback konfiguriert.

Deine Schaltung ist falsch. Sie können nicht erwarten, dass der Ausgang negativ schwingt, wenn die Versorgung 0 V und + 5 V beträgt. Operationsverstärker erzeugen selbst keine negativen Spannungen.

Option 1: Reparieren Sie Ihr Angebot. Versorgen Sie den Operationsverstärker mit -5V und +5V.

Option 2: Sorgen Sie dafür, dass der Ausgang statt um Masse um +2,5 V schwingt. Zum Beispiel könnten Sie R3 in zwei 2kΩ-Widerstände aufteilen. Verbinden Sie einen mit Masse und einen mit +5V. Dies erzeugt eine 2,5-V-Versorgung mit einer Thévenin-Impedanz von 1 kΩ.

Ihre große Herausforderung in der Praxis bei einem so kleinen Signal wird die Offset-Eingangsspannung des Operationsverstärkers sein, die für Allzweck-Operationsverstärker weit in den Millivoltbereich gehen kann. Sogar supergenaue wie der LT1001 können in den Zehn-Mikrovolt-Bereich gehen, was einen erheblichen Anteil Ihres Eingangssignals ausmacht.

Wenn Ihr Eingangssignal nicht groß genug ist, um die Eingangsoffsetspannung des Operationsverstärkers zu überfluten, muss Ihre Verstärkungsformel den dadurch verursachten Signalverlust berücksichtigen.

Eine andere Antwort schlug den TC7650 vor . Ist 0,7 μV klein genug, dass ich davon ausgehen kann, dass es 0 ist? Wenn nein, wie rechne ich das aus?
Das sieht nach einem schönen Teil aus. Stellen Sie sich die Offset-Spannung als eine Gleichstromquelle in Reihe mit einem der Eingänge vor, die Ihrem Signal entgegengesetzt ist - Ihr Wechselstromsignal muss diesen Spannungspegel überwinden, bevor der Operationsverstärker es "sieht". Multiplizieren Sie den Eingangs-Offset mit der von Ihnen programmierten Verstärkung, und das ist Ihr erwarteter Ausgangsfehler aufgrund des Offsets.

Vielleicht möchten Sie einen Operationsverstärker wie den TC7652 in Betracht ziehen , der in einem DIP-Gehäuse erhältlich ist und eine typische Eingangsoffsetspannung von 0,7 µV (max. 5,0) hat. Wenn Sie ein oberflächenmontiertes Bauteil (SMD) verwenden können, hat der MAX4239 (der in einem SOT23-Gehäuse geliefert wird) eine typische Eingangsoffsetspannung von 0,1 µV (max. 2,0).

Für R1 und R2 sowie Rf und Rg würde ich angepasste Widerstände verwenden .

Ich kann nur Durchgangslochpakete verwenden, also scheint der TC7650 gut zu sein. Wie simuliere ich diesen Operationsverstärker?
@Navin Ich habe kein Modell für diesen Operationsverstärker gefunden, daher kann ich nur vorschlagen, dass Sie eines in Bezug auf Verstärkung und andere Eigenschaften so nah wie möglich finden und ein ideales Gerät in Bezug auf den Eingangsversatz annehmen, da dies der Fall ist niedrig. Hinweis: Bei der Suche nach einem Simulationsmodell für den TC7650 bin ich auf den TC7652 gestoßen, der mit dem TC7650 identisch ist, aber ein 10-mal geringeres Rauschen hat und nur geringfügig teurer ist (5,54 $ in Einzelstückzahlen). Ich habe meine Antwort mit dem besseren Gerät aktualisiert.
Einfacher Operationsverstärker-Differenzverstärker
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