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Sel(R)

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Radebeul,
10.04.2021,
11:30
(editiert von Sel
am 10.04.2021 um 11:36)
 

nochmal Impedanzwandler (Elektronik)

Es geht nochmal um mein analoges DC-Meßinstrument (Millivoltmeter). Mit einem OPV bekomme ich bei sehr kleinen DC-Spannungen den Offset nicht richtig in den Griff. Außerdem macht sich das Rauschen des OPV bemerkbar. Der 100MOhm-Eingangswiderstand rauscht auch, klar. Doch auch wenn ich den mit einem 1MOhm-Widerstand ersetze sehe ich das Rauschen am Zeigerinstrument. Ok, ich übertreibe es wieder mal, ich weiß. Das Rauschen könnte ich ignorieren, einen Tiefpass einbauen oder sonstwas.

Jedenfalls habe ich mir als Alternative eine diskrete Variante ausgedacht.



An diese Schaltung hänge ich einen normalen OPV mit einer Verstärkung von V=2 hintendran. Damit möchte ich den "Verlust" beim JFET wieder ausgleichen und den Strom fürs Meßgerät bereitstellen. Die Verstärkung vom OPV mache ich in kleinen Grenzen einstellbar, um das Meßgerät exakt abgleichen zu können. Jetzt eliminiere ich das Rauschen des OPV und die Offsetkompensation wird stabiler, weil eben die Schaltung niederohmig ist.

Problematisch bleibt der hohe Eingangswiderstand (im Bild 1...100MOhm). Vielleicht bekomme ich das in den Griff. Den JFET habe ich in der Bastelkiste (sind als Pärchen zusammen), vielleicht baue ich zwei Eingangsstufen auf. Aber könnte meine Schaltung so funktionieren (natürlich kommt noch eine Schutzschaltung vornedran und die notwendigen Abblockkondensatoren an der Versorgungsspannung)? Ich möchte mir nicht die JFET zerschießen, so viele habe ich nicht.

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

hightech(R)

10.04.2021,
13:20
(editiert von hightech
am 10.04.2021 um 13:21)


@ Sel

nochmal Impedanzwandler

» Es geht nochmal um mein analoges DC-Meßinstrument (Millivoltmeter). Mit
» einem OPV bekomme ich bei sehr kleinen DC-Spannungen den Offset nicht
» richtig in den Griff. Außerdem macht sich das Rauschen des OPV bemerkbar.
» Der 100MOhm-Eingangswiderstand rauscht auch, klar. Doch auch wenn ich den
» mit einem 1MOhm-Widerstand ersetze sehe ich das Rauschen am
» Zeigerinstrument. Ok, ich übertreibe es wieder mal, ich weiß. Das Rauschen
» könnte ich ignorieren, einen Tiefpass einbauen oder sonstwas.
»
» Jedenfalls habe ich mir als Alternative eine diskrete Variante ausgedacht.
»
»
»
» An diese Schaltung hänge ich einen normalen OPV mit einer Verstärkung von
» V=2 hintendran. Damit möchte ich den "Verlust" beim JFET wieder ausgleichen
» und den Strom fürs Meßgerät bereitstellen. Die Verstärkung vom OPV mache
» ich in kleinen Grenzen einstellbar, um das Meßgerät exakt abgleichen zu
» können. Jetzt eliminiere ich das Rauschen des OPV und die
» Offsetkompensation wird stabiler, weil eben die Schaltung niederohmig ist.
»
» Problematisch bleibt der hohe Eingangswiderstand (im Bild 1...100MOhm).
» Vielleicht bekomme ich das in den Griff. Den JFET habe ich in der
» Bastelkiste (sind als Pärchen zusammen), vielleicht baue ich zwei
» Eingangsstufen auf. Aber könnte meine Schaltung so funktionieren (natürlich
» kommt noch eine Schutzschaltung vornedran und die notwendigen
» Abblockkondensatoren an der Versorgungsspannung)? Ich möchte mir nicht die
» JFET zerschießen, so viele habe ich nicht.
»
» LG Sel

Hallo,

zur Messung von kleinen du kleinsten DC-Spannungen ist die Schaltung nicht gut geeignet. Du hast ja selbst schon festgestellt welche Offset und Rauschprobleme auftreten. Bei solch kleinen Spannungen wendet man oft das so genannte Substitutionsprinzip an. Hier in aller Kürze das Funktionsprinzip:
Die zu messende Spannung wird zunächst einem Gleichspannungszerhacker zugeführt und anschließend in eine Wechselspannung geringer Frequenz umgeformt. Erst danach ausreichend hoch verstärkt und synchron wieder gleichgerichtet. Der folgende Tiefpaß verringert das Rauschen im Übertragungsweg. Schließlich wird die Gleichspannung erneut hoch verstärkt und dem Anzeigeinstrument zugeführt. Soweit in aller Kürze das Prinzip.
Es ist also gar nicht so einfach kleine und kleinste Gleichspannungen anzuzeigen. Du kannst Dich ja mal näher mit diesen Prinzipien beschäftigen, viel Erfolg dabei …

Gruß von hightech

Kendiman(R)

10.04.2021,
15:46
(editiert von Kendiman
am 10.04.2021 um 16:36)


@ Sel

nochmal Impedanzwandler

» Es geht nochmal um mein analoges DC-Meßinstrument (Millivoltmeter). Mit
» einem OPV bekomme ich bei sehr kleinen DC-Spannungen den Offset nicht
» richtig in den Griff. Außerdem macht sich das Rauschen des OPV bemerkbar.
» Der 100MOhm-Eingangswiderstand rauscht auch, klar. Doch auch wenn ich den
» mit einem 1MOhm-Widerstand ersetze sehe ich das Rauschen am
» Zeigerinstrument. Ok, ich übertreibe es wieder mal, ich weiß. Das Rauschen
» könnte ich ignorieren, einen Tiefpass einbauen oder sonstwas.
»
» Jedenfalls habe ich mir als Alternative eine diskrete Variante ausgedacht.
»
»
»
» An diese Schaltung hänge ich einen normalen OPV mit einer Verstärkung von
» V=2 hintendran. Damit möchte ich den "Verlust" beim JFET wieder ausgleichen
» und den Strom fürs Meßgerät bereitstellen. Die Verstärkung vom OPV mache
» ich in kleinen Grenzen einstellbar, um das Meßgerät exakt abgleichen zu
» können. Jetzt eliminiere ich das Rauschen des OPV und die
» Offsetkompensation wird stabiler, weil eben die Schaltung niederohmig ist.
»
» Problematisch bleibt der hohe Eingangswiderstand (im Bild 1...100MOhm).
» Vielleicht bekomme ich das in den Griff. Den JFET habe ich in der
» Bastelkiste (sind als Pärchen zusammen), vielleicht baue ich zwei
» Eingangsstufen auf. Aber könnte meine Schaltung so funktionieren (natürlich
» kommt noch eine Schutzschaltung vornedran und die notwendigen
» Abblockkondensatoren an der Versorgungsspannung)? Ich möchte mir nicht die
» JFET zerschießen, so viele habe ich nicht.
»
» LG Sel

solche hochohmigen Meßgeräte (Galvanometer ) benötigt man nur,
wenn die Spannungsquelle keinen belastbaren Strom liefern kann.
Das wären z.B. Muskelströme oder Gehirnströme.
Ist die Spannungquelle aber mit 1 uA belastbar, dann bieten sich
andere Schaltungen an, die wesentlich einfacher und sehr stabil sind.
Eine stabile Multimeterschaltung, die nur 1 uA Strom aufnimmt
wurde in einer Funkschau veröffentlicht.
1 uA Strom bzw 3 mV bei Vollauschlag



ein schönes und nützliches Bastelprojekt.

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
10.04.2021,
15:47

@ hightech

Ende der ganzen Geschichte :-) - (Info für alle)

» Es ist also gar nicht so einfach kleine und kleinste Gleichspannungen
» anzuzeigen. Du kannst Dich ja mal näher mit diesen Prinzipien
» beschäftigen, viel Erfolg dabei …

Supervielen Dank für deine ausführlichen Hinweise.

Und deswegen (und meinen bescheidenen Versuchen) mache ich einen Strich unter die Sache.

Trotzdem werde ich mein Meßgerät mit einem "Vorschaltbaustein" versehen. Ich habe in der Bastelkiste eine defekte Leiterplatte gefunden mit u.a. einem AD623A drauf. Dieser IC ist ja ein Instrumentenverstärker, sollte also passen. Der IC und bissel drumrum ist noch ok, aber die Stromversorgung auf der Platine (mit Linearregler und einem 7660) hat das Zeitliche gesegnet. Also ran mit der Säge und diesen Teil abgetrennt. Den Rest der Platine mit dem Instrumentenverstärker arbeite ich auf und werde die Schaltung mit Ergänzungen für mein Analoggerät zusammenbauen.

Vielen Dank für eure Hinweise. Habe einiges gelernt, also wars wirklich nützlich. Fakt ist, das ich mich mit diesem Projekt übernommen habe. Natürlich werde ich euch das Ergebnis der neuen Variante zeigen, ihr wollt ja wissen ob ich das mal irgendwie hinbekomme :-D

Bis bald!
Sel

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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Gast

11.04.2021,
00:16

@ Kendiman

Uni12e

Oder ein Beispiel an DDR-Messgerät nehmen.

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
11.04.2021,
08:20

@ Gast

Uni12e

Da ist ja im Prinzip meine Schaltung mit JFET... :-)
Nur eben richtig aufgebaut, nicht wie mit meiner bescheidenen Theorie-Schaltung.

LG Sel

--
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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Altgeselle(R)

E-Mail

11.04.2021,
10:12

@ Sel

Uni12e

» Da ist ja im Prinzip meine Schaltung mit JFET... :-)
» Nur eben richtig aufgebaut, nicht wie mit meiner bescheidenen
» Theorie-Schaltung.
»
» LG Sel

Das Gerät hat sicherlich keine 100 MOhm Eingangswiderstand und
30 mV als kleinsten Messbereich anstelle von 5 mV.
Der Differenzverstärker im MCP6002 ist deutlich besser als
der mit dem Doppel-J-Fet und dem nachgeschalteten OP
(vermutlich ähnlich µA709).
Der AD623A wird wegen seines hohen Bias-Stroms bei hochohmigem
Eingangswiderstand noch schlechtere Ergebnisse zeigen.
Es gibt neuere OPs mit Eingangsströmen von <= 1pA, aber leider
nur als SMD.

Grüße
Altgeselle

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
11.04.2021,
11:03
(editiert von Sel
am 11.04.2021 um 11:11)


@ Altgeselle

Uni12e

» Der AD623A wird wegen seines hohen Bias-Stroms bei hochohmigem
» Eingangswiderstand noch schlechtere Ergebnisse zeigen.
» Es gibt neuere OPs mit Eingangsströmen von <= 1pA, aber leider
» nur als SMD.

Habe mich schon damit abgefunden das 100MOhm eine Illusion sind. Mein Multimeter hat 10MOhm (wenn U>0,4V) Eingangswiderstand. Das ist bis jetzt zu 99% ausreichend gewesen. Sicher kann ich die restlichen 1% auch mit 50MOhm oder noch bissel weniger abdecken. Hauptsache mehr als diese 10MOhm und das bei hoher Empfindlichkeit. Muß ich einfach mal testen, bis wohin ich gehen kann mit dem Zeugs, was ich jetzt auf dem Basteltisch habe.

Was will ich messen? Da habe ich eine Fotozelle, die muckert bei 10MOhm schon rum. Dann habe ich auch mal Strommessungen im Bereich unter 1µA, das wird mit meinem Multimeter schon echt schwierig. Überhaupt Strommessungen, der Spannungsabfall beim Meßwiderstand muß klein bleiben, das erfordert eine sehr hohe Empfindlichkeit beim Meßinstrument (aber keinen hohen Eingangswiderstand). Vielleicht finde ich mich damit ab, das ich keinen sehr hohen Eingangswiderstand erreichen kann, trimme mein Gerät dann eher auf hohe Empfindlichkeit. Ist auch eine Lösung, die ich hier echt brauche. Mein Multimeter (UT71D) hat beim Messen von Strom doch schon zuviel Innenwiderstand, jedenfalls meinem Gefühl nach. Die Genauigkeit dagegen ist schon hervorragend (+/-0,1%+15 Digit beim kleinsten Meßbereich 400µA DC, Auflösung 0,01µA, Innenwiderstand 1kOhm). Wie schon geschrieben, DC reicht völlig. AC-Strom/Spannung messe ich eher sehr selten.

LG Sel

--
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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Mikee

12.04.2021,
09:16

@ Sel

Uni12e

Hallo Sel,

» Vielleicht finde ich mich damit ab, das ich keinen
» sehr hohen Eingangswiderstand erreichen kann, trimme mein Gerät dann eher
» auf hohe Empfindlichkeit. Ist auch eine Lösung, die ich hier echt brauche.

Was mir gerade noch einfällt:
Ich habe mir einen Vorschaltwiderstand gebastelt (68Mohm und 22Mohm
in Reihe = 90 MOhm). Das Multimeter hat trotzdem eine ruhige, stabile Anzeige.
Ob ich den jemals brauchen werde, weiß ich nicht.

» Mein Multimeter (UT71D) hat beim Messen von Strom doch schon zuviel
» Innenwiderstand, jedenfalls meinem Gefühl nach. Die Genauigkeit dagegen ist
» schon hervorragend (+/-0,1%+15 Digit beim kleinsten Meßbereich 400µA DC,
» Auflösung 0,01µA, Innenwiderstand 1kOhm).

Ja, die 200mV oder 400mV bei Vollausschlag sind bei ganz kleinen Spannungen recht viel.
Was besseres als 0,01µA bei 1kOhm Innenwiderstand habe ich auch nicht.


Mikee

bigdie(R)

12.04.2021,
10:18

@ Gast

Uni12e

» Oder ein Beispiel an DDR-Messgerät nehmen.
»
Ist praktisch aus uralten Zeiten. Wenn es auch ein uni13 gegeben hätte, wäre da der J-fet auch gleich im Op drin gewesen und nicht davor.. Das uni11 gab es 1980 schon und das uni12 war praktisch gleich bis auf die negative Spannungserzeugung. Das uni 11 hatte noch mehr Batterien.
Die tl081 tl061 gab es in der DDR erst als die Entwicklung vom Uni12 schon durch war.

Gast

12.04.2021,
22:54

@ bigdie

Uni12e

» Das uni 11 hatte noch mehr Batterien.
Nein, nicht Batterien, nur eine mehr.

bigdie(R)

13.04.2021,
13:48

@ Gast

Uni12e

» » Das uni 11 hatte noch mehr Batterien.
» Nein, nicht Batterien, nur eine mehr.
Und beim Uni 12 hat man sogar vergessen, die Batterieprüfstellung am Umschalter für die negative Batterie einzusparen.

Sel am Handy

13.04.2021,
21:40

@ bigdie

Uni12e

Meßgeräte waren damals schwer zu bekommen und, wenn ich mich richtig erinnere, auch schweineteuer. Das UNI11/12 basiert auf russischer (nein, sowjetischer) Technologie. An solche Teile kam man nur zum Studium oder in den Prüfstützpunkten der PGHs. Privat eigentlich wars aussichtslos. Dafür gabs die Bastlerbeutel und man baute sich den Vorsatz für sein Meßgerät selbst. Meistens scheiterte man dann aber an der Beschaffung genauer Widerstände...

Jedoch: Analoge Anzeigen sind auch heute wichtig. Bei bestimmten Messungen (Erfassung von Trends) nicht durch digitalen Kram ersetzbar. Aber da gehen die Meinungen mächtig auseinander. :-

LG Sel

bigdie(R)

13.04.2021,
22:19

@ Sel am Handy

Uni12e

» Meßgeräte waren damals schwer zu bekommen und, wenn ich mich richtig
» erinnere, auch schweineteuer. Das UNI11/12 basiert auf russischer (nein,
» sowjetischer) Technologie. An solche Teile kam man nur zum Studium oder in
» den Prüfstützpunkten der PGHs. Privat eigentlich wars aussichtslos. Dafür
» gabs die Bastlerbeutel und man baute sich den Vorsatz für sein Meßgerät
» selbst. Meistens scheiterte man dann aber an der Beschaffung genauer
» Widerstände...
»
» Jedoch: Analoge Anzeigen sind auch heute wichtig. Bei bestimmten Messungen
» (Erfassung von Trends) nicht durch digitalen Kram ersetzbar. Aber da gehen
» die Meinungen mächtig auseinander. :-
»
» LG Sel
Das Uni 11e gab es bei uns im Rundfunkladen. Das lag dort wie Sauerbier Anfang der 80er. Ich hab als Schüler und dann Lehrling nie die 470 Mark zusammen bekommen. Nur die billigeren Geräte Uni 7 und was es da noch so alles gab, die hab ich nie irgendwo im Laden gesehen. Am Ende gab es auch noch eine abgespeckte Version, die hieß Uni 21 und war ohne Verstärker. Ich weis aber nicht mehr, was das gekostet hat. Hab mir irgendwann mal eins bei ebay gekauft für wenige €, weil beim Uni 12 ebenfalls ebay der Batteriefachdeckel gefehlt hat:-D Ich liebe den alten Analog Kram. Hab auch noch ein kleines chinesiches für 5€ im Wohnmobil. Das funktioniert immer auch ohne Batterie, zumindest wenn man keinen Widerstand messen will. Und wo keine Batterie drin ist, kann auch keine auslaufen:-D
Ich hab übrigens auch das Zubehör zum Uni 11 bzw. 12 gefunden. Also die 30 kV Prüfspitze. Werd ich wohl nie mehr brauchen, Röhrenfernseher gibt es ja nicht mehr. Und einen Shunt zum Anstecken. Der hat eine Buchse für 10A und eine für 30A . Das könnte eher mal passieren, das ich den mal nutze. Im Gegensatz zu modernen Multimetern verträgt der den Strom auch dauerhaft.

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
14.04.2021,
00:04

@ bigdie

Uni12e

Zum Messen höherer Ströme ohne Hitze gehen auch Shunts aus China, aber eben nur bis 10% der angegebenen Belastung. Macht dann zwar nur 1/10 der Meßspannung, was heutige Multimeter aber gut anzeigen. Mit bissel Suchen findet man die Genauigkeitsklasse 0,25 und 100mV zum schmalen Taler.

Habe mir jedoch mittels Zangenamperemeter den Streß mit fetten Shunts nunendlich erspart. Doch für kleinere Ströme (mA und kleiner) UND vernachlässigbaren Spannungsabfall heißt es weiterhin: Baue dir das selber :-) Bei normalen Multimetern ist der Spannunsabfall leider zu hoch. Ist eben doch bissel schwieriger das ordentlich hinzukriegen. Obwohl die Multimeter das eigentlich können, es wird nicht eingebaut!

LG Sel

--
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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

bigdie(R)

14.04.2021,
02:38

@ Sel

Uni12e

» Zum Messen höherer Ströme ohne Hitze gehen auch Shunts aus China, aber eben
Da musst du aber oft rechnen oder das dazu gehörige Panelmeter nutzen. denn die haben meist den krummen Wert, den man früher für analoge Einbauinstrumente benutzt hat. Glaube 60 oder 75mV waren das bei Endausschlag.
Das Uni12 hat wie früher üblich eine Skale mit 30 oder 300 Skalenende und eine weitere mit 10 oder 100 Skalenende. Und mit diesem Shunt kannst du dann ohne Rechnerei 30 oder 10A messen.
Aber ein Zangenamperemeter, das auch DC kann, habe ich auch, wobei kleine DC Ströme da eher Schätzung sind.