Wie berechnet man die Verstärkung der Wheatstone-Brücke + Differenzverstärker?

Ich habe folgende Schaltung:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es fällt mir schwer, die Mathematik dieser Schaltung zu bestimmen. Wenn wir die Wheatstone-Brücke links ignorieren und uns auf den Differenzverstärker konzentrieren, weiß ich, dass die Verstärkung gegeben ist durch:

(V2-V1)*(R6/R5)

Da R6=R8 und R5=R7. Aber was passiert, wenn ich meine Wheatstone-Brücke hinzufüge, die auf beiden Seiten nicht die gleichen Widerstandswerte hat? (10k Ohm auf der linken Seite und 1k Ohm auf der rechten Seite).

Auf dem Bild habe ich es geschafft, R5 und R7 so ​​auszugleichen, dass der Ausgang ~ 0 V beträgt, wenn es keinen Unterschied in der Brücke gibt - aber dies ist nur durch glückliches Raten möglich. Ich würde gerne die mathematischen Formeln für die Schaltung verstehen :-)

R5 ist nicht dasselbe wie R7. Welches ist richtig?
Ja, weil R5 mit R1 und R2 verbunden ist, während R7 mit R4 und R3 verbunden ist. Diese beiden Netze müssen irgendwie den gleichen Widerstand haben? Mein Problem ist, dass ich nicht weiß, wie ich R5 berechnen soll, wenn ich zum Beispiel R1 und R2 ändere.

Antworten (1)

Ich werde dies gleich vorab sagen - ein Differenzverstärker aus einem Operationsverstärker und vier Widerständen ist vollkommen in Ordnung, wenn (und nur wenn) die Eingangsquellen eine viel, viel niedrigere Impedanz als die verwendeten Widerstände haben. Sie werden dies nicht erhalten, wenn eine Brücke angeschlossen ist, da sich der Ausgangswiderstand der Brücke ändert, da die Brücke durch das, was Sie messen, aus dem Gleichgewicht gebracht wird, was zu erheblichen Fehlern in einem Diff-Amp führt, der für eine Verstärkung von 50 konfiguriert ist.

Die Verbindung von R4 und R3 sieht eine hohe Ladeimpedanz - im Grunde ist es R7 in Reihe mit R8 und natürlich kann die nicht invertierende Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ignoriert werden. Andererseits ist die von der Verbindung von R1 und R2 gesehene Lastimpedanz nur R5, da der invertierende Eingang gezwungen ist, immer auf dem gleichen Potential wie der nichtinvertierende Eingang zu sein. Dies ist für Operationsverstärker in linearen Anwendungen wie dieser selbstverständlich.

Sie haben also einen unausgeglichenen Stromkreis in Bezug auf die Belastung, und dies führt vollständig dazu, dass die Wheatstone-Brücke unausgeglichen ist. Sie haben versucht, dies zu korrigieren, indem Sie R5 und R7 modifiziert haben, und sind jetzt verwirrt.

Ich werde Ihnen nicht die mathematische Formel für Ihre Schaltung geben, weil es sinnlos ist, und der Grund dafür ist, dass die Anzahl der Komponenten der Schaltung reduziert werden kann und niemand diese Schaltung für ein reales Projekt bauen würde, weil dies der Fall wäre schrecklich zu kontrollieren und haben eine wirklich schreckliche Gleichtaktunterdrückung. Weiter lesen....

Erwägen Sie zunächst die Verwendung eines Instrumentenverstärkers - er macht das Leben viel einfacher und Sie erhalten eine massiv überlegene Leistung. Wenn Sie keinen INAMP verwenden, verwenden Sie zwei Operationsverstärker, die wie ein INAMP verdrahtet sind: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Von hier genommen .

Oder verwenden Sie 3 Operationsverstärker, die wie ein INAMP verdrahtet sind: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Jede der vorgeschlagenen Lösungen wird Ihre Schaltung um eine Meile übertreffen.

OK, es macht Sinn - ich lerne hier etwas (oder besser gesagt, erfrische mich). Danke Andi! In der Lösung mit 2 OP AMPS sehe ich, dass es aufgrund von Widerstandstoleranzen zwei Trimmer gibt. Könnten diese Trimmer vielleicht mit einem DAC implementiert werden?
Sie könnten sein - Sie könnten ein digitales Poti verwenden, aber denken Sie bitte an den Industriestandard, um so etwas zu tun - besorgen Sie sich einen Instrumentenverstärker wie einen AD620 (z. B.)
Okay, ich werde dem nachgehen. Problem mit AD620 ist, dass es für meine Anwendung zu teuer ist. Ich denke, ich werde mich für den INAMP entscheiden, der von zwei OP-AMPS implementiert wird, wie Sie es vorgeschlagen haben, und dann versuchen, einen Weg um die Trimmerwiderstände herum zu finden. :-) . Danke noch einmal!
Ich muss deiner Analyse in deinem ersten Absatz widersprechen, @Andyaka. Obwohl er es falsch gemacht hat, hat er versucht, Brückenimpedanzen zu kompensieren. Er vergaß (oder wusste nicht) über Thevenin-Äquivalente. Wenn er R5 auf 4k und R7 auf 9,5k ändert, funktioniert seine Schaltung einwandfrei.
@whatroughbeast ändert sich die Brückenimpedanz und dies führt zu Gleichtaktfehlern, die nicht vom realen Signal getrennt werden können. Es wäre wirklich schwierig, dies neu zu linearisieren, insbesondere bei einer Verstärkung von 50. Wenn dies beispielsweise eine Druckbrücke wäre, könnten Sie erwarten, dass die gesamte Impedanz mit der Temperatur ansteigt, und dies führt zu Fehlern in erheblichem Maße.
Wie berechnet man die Verstärkung der Wheatstone-Brücke + Differenzverstärker?
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