Gain- und Offset-Problem des Instrumentenverstärkers LM324

Sie versuchen, Ihre Operationsverstärker jenseits der Schienen zu betreiben.

Das Referenzbein Ihrer Brücke ist bei,

Der RTD-Zweig Ihrer Brücke reicht von 250 mV bis

Angenommen, der RTD-Zweig gibt 300 mV aus. Sie haben jetzt eine differentielle Eingangsspannung von 50 mV.

Wenn nun die Operationsverstärker in ihrem linearen Betriebsbereich arbeiten würden, würden beide Eingangsanschlüsse von OA1 auf 250 mV liegen. In ähnlicher Weise würden beide Eingangsanschlüsse von OA2 auf 300 mV liegen.

Ignorieren Sie das Poteniometer R4 und behandeln Sie R1 als Verstärkungseinstellwiderstand. Die beiden Operationsverstärker versuchen, ihre Ausgänge anzusteuern, um das Differenzpotential von 50 mV über R1 zu entwickeln. Die Spitze von R1 bei 250 mV, die Unterseite von R1 bei 300 mV.

Jetzt wird OA1 versuchen, die 50 uA zu versenken, die durch R1 fließen. OA1 muss seinen Ausgang niedrig genug treiben, damit 50 uA durch R2 fließen können. In diesem Fall wären das -1,1 V über R1, wodurch der Ausgangsanschluss von OA1 auf -850 mV gelegt wird. OA1 klemmt an der Erdungsschiene (vorausgesetzt, es hatte die Antriebsstärke bis zum Boden gezogen).

Da der Brückenausgang unipolar ist, wird OA1 immer versuchen, den Strom mit seinem Ausgang bei oder unter 250 mV zu senken (wo der LM324 keine Treiberstärke mehr hat).

Grob gesagt wird es eine Herausforderung sein, mit einem LM324 an einer 12-V-Versorgung einen linearen Ausgang von 0 - 10 V zu erhalten. Ich schlage vor, Sie beginnen mit geteilten 15-V-Versorgungen, um zu verstehen, wie diese Schaltung funktioniert (obwohl Spice ein noch einfacherer Ausgangspunkt ist).

Möglicherweise möchten Sie auch einen Widerstand unter Ihrer Brücke hinzufügen, um die Gleichtaktspannung in die Mitte der Versorgung zu legen.

Sie haben einfach zu viele Variablen im Umlauf. Stimmen Sie Ihren Eingangsverstärker mit einigen bekannten Spannungen oder Widerständen ab, um seine Funktion zu überprüfen. Verwenden Sie 1% Widerstände (oder besser).

Sie haben auch keine Möglichkeit, Ihre Brücke auszugleichen. Wenn Sie eine Nullausgabe bei 100 benötigen$\Omega$, ersetzen Sie das RTD durch eine genaue 100$\Omega$Widerstand, und verwenden Sie einen Trimmpotentiometer an der Brücke, um ihn zu optimieren (denken Sie daran, dass der LM324 mit einer einzigen Versorgung nicht garantiert unter 20 mV geht - Sie hätten mehr Glück, wenn Sie im mittleren Bereich arbeiten).

Schließlich sind RTDs keine subtilen Geräte. Es gibt keinen Grund, einen Eingangsverstärker zu verwenden, um eine Widerstandsänderung von 250 % zu verstärken.

Das Problem dabei ist, dass die Verstärkung des Eingangspuffers nicht ideal für eine einzelne Versorgung ist und dass die Referenz, der ich diese Schaltung entnommen habe, dies nicht erwähnt hat. Auf das Problem wird von @sstobbe (Limited Driving power of LM358) hingewiesen. Diese Antwort ist für Leser, die auf das gleiche Problem stoßen und nach einer Schaltung suchen, die einfach funktioniert.

Hier ist es also:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Vorteil hier ist, dass Sie die Verstärkung mit nur einem Widerstand (R6) steuern können. Es funktioniert gut mit 150 mV bei 0 °C und 9,98 V bei 400 °C. Die Eingangsdifferenzspannung (V2 - V1) beträgt 0 bis 300 mV.