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Ich wollte einem analogen DC-Voltmeter (Endausschlag 5mV/0,5mA) einen Impedanzwandler vorschalten. Als OPV habe ich den Typ MCP6002 in meiner Bastelkiste. Als Betriebsspannung habe ich 5V single aus Batterien vorgesehen. Kleinster Meßbereich soll 5mV sein (eben wie das analoge Meßgerät). Der Spannungsteiler fürs analoge Meßgerät sollte nach dem OPV sein, damit ich einen sehr hohen Eingangswiderstand (nur DC) behalte. Damit wäre auf Grund der Höhe der Betriebsspannung die maximale Meßspannung fast 5V, aber 2,5V reichen mir. Der Eingangswiderstand des Impedanzwandlers sollte nicht unter 100MOhm liegen.

Muß ich die Betriebsspannung stabilisieren? Bekomme ich den Eingangsoffset des OPV nur mittels (sehr stabiler) Hilfsspannung kompensiert? Wäre es besser, einen anderen OPV zu verwenden und wenn ja, welchen (kein SMD!). Welche Schutzbeschaltung am Eingang ist empfehlenswert? Ist es besser den Eingang als Differenzverstärker zu bauen? Das ich die Schaltung abschirmen muß ist mir klar.

LG Sel

» » Ich wollte einem analogen DC-Voltmeter (Endausschlag 5mV/0,5mA) einen
» Impedanzwandler vorschalten. Als OPV habe ich den Typ MCP6002 in meiner
» Bastelkiste. Als Betriebsspannung habe ich 5V single aus Batterien
» vorgesehen. Kleinster Meßbereich soll 5mV sein (eben wie das analoge
» Meßgerät).

Die Offsetspannung liegt da sehr nahe dran. Laut Fußnoten wurden ältere teile bis 7mV getestet! Also nicht wundern, wenn das Grabbelkistenteil einen höheren Offset hat.

» Der Spannungsteiler fürs analoge Meßgerät sollte nach dem OPV
» sein, damit ich einen sehr hohen Eingangswiderstand (nur DC) behalte. Damit
» wäre auf Grund der Höhe der Betriebsspannung die maximale Meßspannung fast
» 5V, aber 2,5V reichen mir. Der Eingangswiderstand des Impedanzwandlers
» sollte nicht unter 100MOhm liegen.
Passt mit dem OP

»
» Muß ich die Betriebsspannung stabilisieren?
Stabiler als mit einer Batterie wird es nicht.

» Bekomme ich den Eingangsoffset
» des OPV nur mittels (sehr stabiler) Hilfsspannung kompensiert? Wäre es
» besser, einen anderen OPV zu verwenden und wenn ja, welchen (kein SMD!).
» Welche Schutzbeschaltung am Eingang ist empfehlenswert?

Einen C gegen ESD und Dioden nach Batterie und Masse mit Vorwiderstand. Der OP überlebt VDD+0.3V.

» Ist es besser den
» Eingang als Differenzverstärker zu bauen? Das ich die Schaltung abschirmen
» muß ist mir klar.
»
» LG Sel

Wie hast du vor die Offsetspannung zu kompensieren?

» Wie hast du vor die Offsetspannung zu kompensieren?

Aus der Batteriespannung mittels Regler eine stabile negative Spannung erzeugen (sind ja nur weit unter 1mA Strom erforderlich) und diese Spannung zur Kompensation einspeisen. Eventuell sogar nur am Ausgang vom OPV, also den Spannungsteiler vor dem Meßgerät etwas negative Spannung gegen Masse geben. Der OPV braucht ja nur eine feste Verstärkung von 1 zu haben. Das erspart sehr viel Arbeit.

Hatte am Anfang schon eine JFET-Stufe am Eingang in Planung. Doch mit OPV wirds einfacher. Ist ja "nur" DC.

LG Sel

» » Wie hast du vor die Offsetspannung zu kompensieren?
»
» Aus der Batteriespannung mittels Regler eine stabile negative Spannung
» erzeugen (sind ja nur weit unter 1mA Strom erforderlich) und diese Spannung
» zur Kompensation einspeisen.

Da wäre eine zweite Batterie vermutlich das einfachere.

» Hatte am Anfang schon eine JFET-Stufe am Eingang in Planung. Doch mit OPV
» wirds einfacher. Ist ja "nur" DC.

DC verstärken ist deutlich schwieriger als AC.

» Ich wollte einem analogen DC-Voltmeter (Endausschlag 5mV/0,5mA) einen
» Impedanzwandler vorschalten. Als OPV habe ich den Typ MCP6002 in meiner
» Bastelkiste. Als Betriebsspannung habe ich 5V single aus Batterien
» vorgesehen. Kleinster Meßbereich soll 5mV sein (eben wie das analoge
» Meßgerät). Der Spannungsteiler fürs analoge Meßgerät sollte nach dem OPV
» sein, damit ich einen sehr hohen Eingangswiderstand (nur DC) behalte. Damit
» wäre auf Grund der Höhe der Betriebsspannung die maximale Meßspannung fast
» 5V, aber 2,5V reichen mir. Der Eingangswiderstand des Impedanzwandlers
» sollte nicht unter 100MOhm liegen.
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» Muß ich die Betriebsspannung stabilisieren? Bekomme ich den Eingangsoffset
» des OPV nur mittels (sehr stabiler) Hilfsspannung kompensiert? Wäre es
» besser, einen anderen OPV zu verwenden und wenn ja, welchen (kein SMD!).
» Welche Schutzbeschaltung am Eingang ist empfehlenswert? Ist es besser den
» Eingang als Differenzverstärker zu bauen? Das ich die Schaltung abschirmen
» muß ist mir klar.
»
» LG Sel

Moin,
schau Dir mal ICL7650 an.

Uwe

Hast du keinen B061 mehr in der Bastelkiste? Gut der braucht negative Betriebsspannung, kommt aber glaube mit +/- 5V aus und braucht sehr wenig Strom. Die negative Spannung kann man mit einem Traco Teil erzeugen. Gibt auch welche, die machen gleich +/- 12V aus deinen 5 V, dann kommst du auch am Ausgang auf höhere Spannung. Der J-Fet Eingang vom B061 hat glaub ich irgendwelche Teraohm Eingangswiderstand

» Ich wollte einem analogen DC-Voltmeter (Endausschlag 5mV/0,5mA) einen
» Impedanzwandler vorschalten. Als OPV habe ich den Typ MCP6002 in meiner
» Bastelkiste. Als Betriebsspannung habe ich 5V single aus Batterien
» vorgesehen. Kleinster Meßbereich soll 5mV sein (eben wie das analoge
» Meßgerät).

Hallo Sel,
hier kommt mein Vorschlag:




Der Strom durch das Messwerk wird durch die Messspannung und R8 eingestellt, hier: 0,5mA bei 50mV.
Andere Widerstände ergeben andere Messbereiche. R7 dient als Schutz für das Messwerk.
Anstelle von D1 kann auch eine andere Referenzdiode eigesetzt werden. P1 ist ein Spindeltrimmer
zur Offseteinstellung.

» schau Dir mal ICL7650 an.

Ok, mit dem IC heißt es nur noch: Einbauen, Betriebsspannung dran, fertig

Ich habe einen LT1413 gefunden, der reicht dicke, ist schon viiiiiel zu gut für diesen Einsatzzweck. Vielleicht nehme ich auch den LT1012, liegt auch rum.
Und ich werde eventuell gleich eine Dualspannungsversorgung vorsehen, eben für spätere Ewreiterungen (AC?). Dann allerdings könnte ich auch wieder den MCP6002 nehmen...

Problem ist ja nicht der OPV an sich (weil Verstärkung=1), Problem ist die geringe gewünschte Eingangsspannung von lediglich 5mV für Endausschlag, verbunden mit sehr hohem Eingangswiderstand. Mit einer Dualspannungsversorgung stehen mir dann (später) viel mehr Möglichkeiten offen. Jetzt gugg ich erstmal, ob ich 2 Batterien nehme (2x9V Block) oder mittels Dual-Schaltregler (Murata, Traco?) die Spannungsversorgung mache. Platz ist ausnahmsweise in gewissen Grenzen vorhanden.

LG Sel

» Ich wollte einem analogen DC-Voltmeter (Endausschlag 5mV/0,5mA) einen
» Impedanzwandler vorschalten. Als OPV habe ich den Typ MCP6002 in meiner
» Bastelkiste. Als Betriebsspannung habe ich 5V single aus Batterien
» vorgesehen. Kleinster Meßbereich soll 5mV sein (eben wie das analoge
» Meßgerät). Der Spannungsteiler fürs analoge Meßgerät sollte nach dem OPV
» sein, damit ich einen sehr hohen Eingangswiderstand (nur DC) behalte. Damit
» wäre auf Grund der Höhe der Betriebsspannung die maximale Meßspannung fast
» 5V, aber 2,5V reichen mir. Der Eingangswiderstand des Impedanzwandlers
» sollte nicht unter 100MOhm liegen.
»
» Muß ich die Betriebsspannung stabilisieren? Bekomme ich den Eingangsoffset
» des OPV nur mittels (sehr stabiler) Hilfsspannung kompensiert? Wäre es
» besser, einen anderen OPV zu verwenden und wenn ja, welchen (kein SMD!).
» Welche Schutzbeschaltung am Eingang ist empfehlenswert? Ist es besser den
» Eingang als Differenzverstärker zu bauen? Das ich die Schaltung abschirmen
» muß ist mir klar.
»
» LG Sel

Der Eingangswiderstand des Impedanzwandlers sollte nicht unter 100MOhm liegen.

Hier allein sehe ich das eigentliche Problem.
Daran sind schon viele gescheitert.
Die Isolation des Trägermaterials muss extrem hoch sein.
Die geforderte Schutzbeschaltung darf den 100 MOhm Eingangswiderstand nicht beeinflussen.
5 mV Vollausschlag kann man leicht erreichen.
Ist 100 MOhm Eingangswiderstand die Mindestvoraussetzung oder darf es etwas weniger sein ?

» hier kommt mein Vorschlag:
»
»

Supervielen Dank! Na klar, daran habe ich noch nicht gedacht. Einfach die Masse bissel hochlegen, schon klappts mit dem Offset. Jetzt baue ich nur noch eine Schutzschaltung an den Eingang (2 Widerstände, ein Kondensator, 2 Dioden) und fertig ist die Laube
Edit: Natürlich muß ich auch die Meßbereiche festlegen (5mV/50mV/500mV/5V).

Na dann, ich baue das mal auf...

LG Sel

» » hier kommt mein Vorschlag:
» »
» »
»
» Supervielen Dank! Na klar, daran habe ich noch nicht gedacht. Einfach die
» Masse bissel hochlegen, schon klappts mit dem Offset. Jetzt baue ich nur
» noch eine Schutzschaltung an den Eingang (2 Widerstände, ein Kondensator, 2
» Dioden) und fertig ist die Laube
» Edit: Natürlich muß ich auch die Meßbereiche festlegen
» (5mV/50mV/500mV/5V).
»
» Na dann, ich baue das mal auf...
»
» LG Sel

Bei geforderten 100 MOhm Eingangswiderstand müssen das aber "low leakage" Dioden sein.
Früher wurde dafür die GS-Strecke von J-Fets genommen.
Für den 5mV Bereich muss die Offset-Einstellung sehr genau sein....
Eventuell ist dann ein "zero drift" OP erforderlich.
Die Messspannung muss innerhalb der Grenzen der Versorgungsspannung liegen.
5V gehen schon nicht.
Eventuell muss R7 an die höheren Messbereiche angepasst werden, damit der Ausgang des OP
nicht an die Grenze stößt.

und wo ist da nun der Vorteil
Mit einem OP mit J-Fet Eingang sähe das so aus




Das Traco Teil kostet unter 5€, der OP 50 Cent. ein paar Kondensatoren an + und - am Op, die hab ich in der Zeichnung weg gelassen.

https://www.voelkner.de/products/51078/TracoPower-TMA-0512D-DC-DC-Wandler-Print-5-V-DC-12-V-DC-12-V-DC-40mA-1W-Anzahl-Ausgaenge-2-x.html?offer=967aeb9d3fc316c3e08aa593d86c281a

Gehen wir mal bissel weg von konkreten Schaltungen.

Die erste Schaltung (von Altgeselle) hat den "Vorteil", das nur eine Spannungsquelle gebraucht wird und keine Dualversorgung, dazu ist die Schaltung recht simpel. Habe die so ähnlich aufgebaut. Aber die Stabilität (eher die Konstanz) des TLV431 (oder ähnichen Teilen) reicht nicht aus. Habe daher versuchsweise meine Referenzquelle angeschlossen (in der ein AD780 werkelt) und siehe da - stabil. Natürlich tragen auch die Widerstände drumrum, insbesondere der Einstellregler, eine gewisse Menge Schwankung mit bei. Die temperaturabhängige Offsetdrift hat bei meiner Analoganwendung keinen sichtbaren Effekt.

Nun baute ich die zweite Schaltung auf (von Bigdie), jedoch mit einem TL081, hatte nichts anderes da. Die Spannungsversorgung erst mal mit 2x 9V Block. Gegenüber dem TL061 gibts da ja kaum Unterschiede (außer bei der Leistungsaufnahme). Wenn jetzt sich die Batterien unterschiedlich entladen, daher eine gewisse Differenz zwischen pos. und neg. Versorgungsspannung auftritt (welche sich ständig verändert), so gerät der Nullpunktabgleich außer Tritt und das Meßgerät zeigt Müll an. Stabilisiere ich die beiden Spannungen, so ist alles ok.

Insgesamt ist also der Aufwand bei beiden Schaltungen für dasselbe Ergebnis gleich. Jedenfalls so ungefähr. Die Stabilität ist besser mit der ersten Schaltung beherrschbar, ich brauche da nur eine stabile Quelle. Allerdings muß dafür auch die Referenzspannung extrem hochwertig sein. Die Lösung wäre ein Chopper-OPV, welchen ich aber erst kaufen müßte (aber dann kaufe ich nicht extra deswegen was ein). Bei der zweiten Lösung könnte ich statt zwei stabilisierten Betriebsspannungen eine mit "virtueller Masse" verwenden (habe ich noch nicht ausprobiert).

Insgesamt wirds also so werden, das ich einen OPV vor das Meßgerät schalte (mit JFET-Eingang ist eleganter...) und wenigstens eine superstabile Referenzspannung bereitstellen muß. Diese Spannung verwende ich dann zum Nullpunktabgleich oder für eine Stabilisierung der Betriebsspannung. Ganz nebenbei macht sich es gut, wenn in einem Meßinstrument eine Referenzquelle hoher Güte noch für andere Zwecke zur Verfügung steht. Ich denke da an Temperaturmessungen, Vergleichsmessungen oder sowas.

Klar gibts digitale Multimeter mit weit höherer Genauigkeit. Habe ich auch da. Doch in einem ist das Analoggerät unschlagbar: Ich kann langsame Änderungen von Meßwerten wesentlich besser ablesen/einschätzen! Ja, es gibt auch analoge Multimeter in der Bucht zu kaufen für wenig Geld. Doch auch hier gilt: Selbstbau macht Spaß und ich lerne noch was dabei...

LG Sel

Hallo Altgeselle,

» Bei geforderten 100 MOhm Eingangswiderstand müssen das aber "low leakage"
» Dioden sein.
» Früher wurde dafür die GS-Strecke von J-Fets genommen.

Es geht (ging) auch mit bipolaren Transistoren. Man verwendet dazu die Basis-Kollektor-Diode.


Mehr dazu erfährt man im Elektronik-Minikurs
. . . . "Überspannungsschutz von empfindlichen Verstärkereingängen"
. . . . . https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

Runterscrollen bis zum Kapitel "Transistoren anstelle von Dioden".

Als Nano/Pico-Ampere-Diode empfehle ich BAV199. Es ist eine Doppeldiode und leider in SMD .
Wenn die Temperatur maximal 50ºC beträgt liegt die Sperrspannung bei etwa 5 pV (typischer Wert).
Siehe Diagramm "Reverse Current. :
. . . . https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/FILES/bav199.pdf

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Danke Thomas!

Habe deine sehr gute Abhandlung gestern schon gelesen. Und mittels Transistoren werde ich die Schutzschaltung auch aufbauen. Die Sache mit der Mosfet "KSQ" am Eingang mache ich allerdings nicht. Die Transistoren, Ableit-/Schutzwiderstände, Strombegrenzung beim Netzteil gegen Masse (bei Fehlströmen am Eingang) und begrenzender Z-Dioden parallel zur Betriebsspannung sollten eigentlich reichen. Dazu schirme ich das Teil (Eingangsverstärker) gut ab. Ja, das Meßgerät bekommt ein kleines Trafonetzteil. Mit Batterien muß ich zu sehr auf den Stromverbrauch achten, habe ich keinen Bock drauf. Außerdem wollte ich noch LEDs für die Anzeige von Betriebszuständen und eventuell eine Scalenbeleuchtung ins Meßgerät einbauen. Alles zusammen braucht dann, mitsamt der Elektronik, etwa bei +/- 5V Betriebsspannung etwa 30..50mA.

LG Sel

Hallo Sel,

» Danke Thomas!
»
» Habe deine sehr gute Abhandlung gestern schon gelesen.

Oh, vielen Dank für die Blumen.

» Und mittels Transistoren werde ich die Schutzschaltung auch aufbauen.

Es freut mich, dass ich helfen konnte.

Wie bereits angedeutet, diese Methode habe ich beim Bau einer mehrkanaligen EMG-Messanlage realisiert. Mit dieser kann man mit haarfeinen Drähtchen-Elektroden intramusikulär messen. Das ist dann wichtig, wenn man so gut wie möglich einzelne Aktionspotenziale am Oszi (oder am Computer-Bildschirm) anschauen will. Das wird z.B. bei gewissen Myopathien (Muskelerkrankungen) eingesetzt.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9