LM324 Differenz-/Instrmentationsverstärker 1mV-Signale

Ich muss ein 1-mV-Signal von einer Wheatstone-Brücke verstärken (kein DS verfügbar). 5 kg Höchstgewicht; Ausgang ist 1mV/Kg @ 5V. Die Widerstände sind 880+880 und 749+749.

Aktuell habe ich nur LM324 und LM358. Und kann schnell OP177 beschaffen (andere brauchen eine Woche, was ich nicht habe)

Ich habe einen Standarddifferenzverstärker ausprobiert (Gain 470, 100 und dann 1). Ich habe den 02-Operationsverstärker-Differenzverstärker und schließlich einen Instrumentationsverstärker ausprobiert, der alle aus einem einzigen LM324-Chip besteht. Die Operationsverstärkerkonfigurationen stammen von TI SLOA034 http://www.ti.com/lit/an/sloa034/sloa034.pdf . Ich habe 10k 1% Widerstände (für Einheitsverstärkung) und 470K, 1K nach Bedarf verwendet.

Die Simulation auf Proteus (unten) (und das Feedback zu LM324 auf Stackexchange) führt mich zu dem Schluss, dass es der Operationsverstärker ist, der keine Leistung erbringen kann.

Meine Fragen sind:

  1. Habe ich das Problem richtig verstanden (Operationsverstärker schuld)?

  2. Welcher Parameter begrenzt die Leistung von LM324 in solchen Anwendungen?

  3. Was ist die Theorie hinter dem Problem?

  4. Was ist die endgültige Lösung?

  5. Kann ich das Problem mit OP177 beheben?

Danke.

BEARBEITEN:

Das Problem ist unten im Bild dargestellt (auf der realen Schaltung verhält es sich fast ähnlich - die o / p-Volt liegt im Bereich von 0,3 - 0,5 V, die i / p-Differenz beträgt 1 - 2 mV). In Worten ist es wie folgt:

  1. Der S-Eingang liegt bei 2.500V. Der o / p des Verstärkers ist einigermaßen korrekt +17 mV.
  2. Der S+-Eingang liegt bei 2,515 V. Der o / p des Verstärkers ist einigermaßen korrekt -13 mV.
  3. Der Eingang am Nicht-Inv-Pin des Endverstärkers beträgt 1,266 V. [Richtig]
  4. Der Eingang am Inv-Pin des Endverstärkers beträgt 1,488 V. [Falsch - da sowohl Inv als auch Nicht-Inv das gleiche Potenzial haben sollten, goldene Regel des Operationsverstärkers. Bedeutet, dass das o/p nicht korrekt ist]
  5. Der Ausgang des Endverstärkers liegt bei 0,4896 V. Falsch, nach der Gleichung eines Instrumentenverstärkers sollte es das 03-fache der i / p-Differenz sein, dh 3 x 15 mV = 45 mV.

Hoffe es ist jetzt alles klar.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Kann nicht auftreten??? Doktor, Doktor, ich fühle mich krank, aber ich sage Ihnen keine anderen Symptome.
IRGENDEIN Operationsverstärker funktioniert in Ihrer Schaltung nicht, wenn die Schaltung um ihn herum es nicht zulässt, dass er unter praktischen Bedingungen funktioniert. Beispielsweise muss ein Ausgang eines Operationsverstärkers bei -1 V liegen, damit die Schaltung funktioniert, aber Sie speisen ihn nur mit +9 V und Masse. Auf diese Weise kann kein Operationsverstärker -1 V erzeugen, sodass Ihre Schaltung nicht funktioniert. Ich schlage vor, Sie versuchen zuerst herauszufinden, wie Ihre Schaltung funktionieren sollte (mein Gefühl ist, dass Sie die Schaltung nicht verstehen, aber die unschuldigen Opamps beschuldigen).
Der LM324 ist sowieso ein Müll-Operationsverstärker.
Sehen Sie sich die Eingangsoffsetspannungen von Operationsverstärkern an. LM324 ist >> Signalpegel. Sie können Nulling-Steuerelemente hinzufügen, aber wirklich nicht gut genug. | Zwei Spannungsversorgungen sind erforderlich, wenn Vout eines beliebigen OA unter der Erde schwingt. | Das OP177- Datenblatt hier hat eine sehr sehr sehr niedrige Eingangsoffsetspannung | OP!77 ist nicht ganz ein Rail-to-Rail-Verstärker am Ein- oder Ausgang - Dual Supply Opn ist unerlässlich.
Alle unhöflichen Kinder hier, deren Mutter sie lustig kleidet, sollten die Stack Exchange-Richtlinie "Sei nett" noch einmal lesen. Wenn dies nicht auf Sie zutrifft, ignorieren Sie es bitte.
+1 Guter Anfang. Bemüht sich sehr und wird sicherlich lernen. LM324 ist in vielen Anwendungen nützlich, aber diese ist anspruchsvoll. OP177 ist sehr schön - aber, wie Peter sagt - speziell gebaute Instrumentenverstärker machen Ihnen das Leben bei anspruchsvollen Anwendungen viel einfacher.
@ Russell McMahon. Ich habe nachgelesen und es scheint, dass der allgemeine Konsens darin besteht, dass ein Instrumentationsverstärker nicht effektiv mit diskreten Operationsverstärkern gebaut werden kann. Könnt ihr mir einen billigen (ja, das ist eine sehr enge Einschränkung) Instrumentationsverstärker empfehlen?
Man kann zwar selbst gebaut werden - aber es ist einfacher und oft besser, komplett zu kaufen. | Ein Beispiel für einen IA, der minimal aufeinander abgestimmte Teile verwendet, finden Sie in den beiden Verstärkern Burr Brown INA122 (wirklich jetzt TI). Dies ist ein eigenständiger OK IA - die klassische 2 OA-Version, die im Vergleich zu 3 OA Einschränkungen aufweist, ABER Sie benötigen zwei Paare angepasster Widerstände und können diese bei Bedarf trimmen. Kann jetzt nicht mehr tun (weniger als 3 Stunden, bevor ich aufwachen und reisen muss, also muss geschlafen werden :-) ) Mehr bald, wenn Sie nicht genug von anderen bekommen. | Wie niedrig ist das Budget für Komponenten? | Welches Volumen? Welche allgemeine Spezifikation benötigt?
Das Budget für diese Komponente beträgt 50 Cent. Das Volumen sollte 5k jährlich betragen. Die Schaltung sollte in der Lage sein, 5 g genau zu messen (0,005 mV ohne Verstärkung)

Antworten (1)

Dies ist eine diskrete Implementierung eines klassischen 3-Verstärker- Instrumentenverstärkers , bei dem die Schlüsselspezifikationen das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis , die Eingangsoffsetspannung , der Eingangsoffsetstrom und die effektive Widerstandsanpassung sind. Andere Spezifikationen können in einer bestimmten Anwendung wichtig sein, aber dies sind die vorherrschenden Punkte für Standard-Instrumentenverstärkeranwendungen.

Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis muss besonders am DC-Offset von der Brücke (normalerweise Vcc/2, und das ist ein Grund dafür, dass viele Verstärkerparameter hauptsächlich bei dieser Eingangsspannung gemessen werden) hoch sein, damit kleine Abweichungen zwischen den beiden Eingängen auftreten richtig verstärkt. Der Eingangs-Offset-Strom wird aufgrund des Quellenimpedanz-Ungleichgewichts in eine effektive Eingangs-Offset-Spannung übersetzt.

Die Eingangsoffsetspannung muss sehr niedrig sein, da diese durch die Verstärkung des Verstärkers in eine Ausgangsoffsetspannung verstärkt wird. Bei einer Verstärkung von 470 ergibt der LM324-typische Vos einen Ausgangs-Offset von fast 1 V (und im schlimmsten Fall über 4 V).

Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des Verstärkers wird von der Widerstandsanpassung dominiert und muss daher genau kontrolliert werden.

In diesem Fall ist der Verstärker einfach nicht für diese Anwendung geeignet. Sie sollten einen geeigneten Instrumentenverstärker (oder eine 3-Verstärker-Konfiguration mit geeigneten Spezifikationen) verwenden.

Die INA-Serie von TI (ursprünglich Burr-Brown) ist eine ausgezeichnete Wahl für diese Art von Anwendung, ebenso wie Angebote von Analog Devices, Linear Technology, Maxim und anderen TI-Teilen (die meisten aus dem von ihnen erworbenen Sortiment von National Semiconductor).

Ich habe die Spezifikationen für den anderen von Ihnen angegebenen Verstärker (OP177) nicht gelesen, aber hoffentlich helfen Ihnen diese Informationen, die Eignung des Geräts für diese Anwendung zu beurteilen.

HTH

+1 Gute Antwort. Der Aspekt der Einzelversorgung kann eine Erwähnung wert sein. | OP177 ist in vielen Bereichen ziemlich erstaunlich. 25 uV Eingangs-Offset max., 10 uV Typ bei 25 °C. Datenblatt hier Nicht Rail-to-Rail in oder out.
@Peter Smith und Russell. Danke. Mit einem OP177 kann ich also ein 1-mV-Signal mit einem Differenzverstärker auf 1 V verstärken? Der Gewinn erscheint unangemessen groß. Bitte kommentieren Sie, worauf ich achten sollte. 2. Option: Ich denke darüber nach, 02 Operationsverstärker zu kaskadieren (OP177 a different Amp Gain 10, LM324 Standard Non-Inv. Amp Gain 100 (um Kosten zu sparen).
LM324 Differenz-/Instrmentationsverstärker 1mV-Signale
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