Icke-invert OP-koppling. R ner till GND? *I princip Löst*

[JimmyAndersson]

Den där rubriken var inte lätt...

Det här lär ge mer input:
Jag har en icke-inverterad OP-koppling där jag enkelt skulle vilja växla mellan 5st olika förstärkningsgrader:
7. 12. 28. 141 och 285 gånger. Det finns marginal för 5% mindre förstärkningsfaktor än detta.
(Det som ska förstärkas kan vara en likspänning eller växelspänning på 50Hz sinus. Spänning: Ca 10mV och uppåt.)


För att göra det enkelt att ändra förstärkningsgrad så skulle jag vilja ändra (växla) enbart R1.

Kod: Markera allt

                      +5V
                       o
                       |
                    |'.|
    IN o---R3-------|+ '.
                    |    >---+------o UT
   GND o---R2--+----|- .'    |
               |    |.'|     |
               |       |     |
               |      GND    |
               |             |
               +------R1-----+

Jag gjorde en testberäkning för att börja någonstans:

Kod: Markera allt

 Förstärkning     R1     R2    R3
 -------------+-------+-----+------
      285      133,48k  470   468,4
      141       65,80k  470   466,7
       28       12,69k  470   453,2
       12        5,17k  470   430,8
        7        2,82k  470   402,9

Men det känns spontant som att R2 (och R3) är för lågt.

Så nu kommer jag till dagens hjärnsläpp:
Jag minns inte riktigt hur man bestämde ett lagom värde för R2.
T.ex vad vore bäst: Ett för högt eller för lågt värde på R2 ?


(Jag funderar på att sätta R3 till ett (medel)värde som fungerar för alla valen av förstärkningsfaktorer.)
R3 har förresten samma funktion som motståndet på in-pinnen i en inverterande koppling.
Plus att jag i det här fallet kommer använda det ihop med en konding som skräpfilter.

[TomasL]

Varför inte använda en PGA istället, mycket enklare.

[JimmyAndersson]

Så en PGA behöver alltså inte programmeras?

[TomasL]

Du har väl tre eller fyra ingångar, alt en seriell ingång där du väljer förstärkningen.

[JimmyAndersson]

Exempel på krets?
Jag försökte Googla ifall jag missat något, men hittar bara massa golf-sajter.

[4kTRB]

R3 påverkar inte förstärkningen.
1 + R1/R2 är det som gäller.

[JimmyAndersson]

Så sant. Det jag skrev var nog lite för generellt:
"R3 har förresten samma funktion som motståndet på in-pinnen i en inverterande koppling."

Det jag menade var att OP-förstärkarens ingångsströmmar inte påverkar på samma sätt om man har R3.
(Rätta mig gärna om jag har fel. Det var ett tag sedan jag lärde mig detta.)

Det fungerar egentligen även utan R3, men jag valde att ha med det i beräkningen
eftersom jag ändå ska ha ett lågpassfilter (RC-filter) på ingången.

edit: Lägger till hur jag räknat: R3 = (R1*R2) / (R1+R2)



Det här med PGA var klurigt. Det verkar som att man styr dem med en analog spänning.
Men då behöver jag något som ger de spänningar som behövs för mina olika förstärkningsfaktorer.
Dessutom verkar de behöva fler kringkomponenter. Så då är jag i princip tillbaka på ruta ett iallafall.

Jag har ingen erfarenhet alls av PGA'er och summan av detta gör att det absolut
inte kan bli *lättare* med en PGA, förutsatt att ingen hittar en lämplig krets och gör ett schema åt mig.

Om jag inte missat något...

[Klas-Kenny]

Vad jag vet så brukar man väl kort och gott välja R3=R2, eftersom att värdet på R1 i de flesta fall är så mycket högre att det kan glömmas. Om du nu inte pratar om extremt noggranna saker, men då finns nog ändå bättre vägar att gå.

Tycker också att R2 känns lågt, kanske runt 1k vore lämpligt. Då blir dessutom resten av motstånden jämna och lätta att räkna.
Då får du ju kort och gott värden på 6k, 11k, 27k, 140k och 284k på R1.

Edit: EEVBlog la nyligen upp en video om just ström in i ingångarna och liknande:

[TomasL]

http://www.linear.com/product/LTC6910
TDA9901
http://www.microchip.com/wwwproducts/De ... e=en021311

Är några exempel, de två första har "parallell-bus", den tredje SPI.

[TomasL]

Och BTW, du behöver normalt inget extra till digitala PGAer, då de är "kompletta"
Dock kan de SPI-programerbara bli lite stökigt, om man inte har en processor att programmera dem med, dock går det ju alltid att klocka in inställningen manuellt.

[JimmyAndersson]

Helt klart intressant. Det ska jag studera närmare. Tack för länkarna!
Det finns datoranslutning på kortet där förstärkaren ska sitta,
så jag skulle nog kunna ordna SPI-programmeringen den vägen.

Note to self: PGA = Programmable Gain Amplifier, i det här fallet. (Så man slipper golf-länkar på Google.)


Klas-Kenny:
Ah, så där ja. Utmärkt idé.

Tanken att utgå från "enkla" värden (typ 1 eller 2 eller 10) gav en hel del idéer
kring hur man kan göra själva valet av de olika förstärkningsgraderna. Perfekt!

Iochmed att R1 då blir förstärkningsgraden - 1 så blir det väldigt enkelt
om man vid något tillfälle behöver öppna burken och göra någon ändring/lagning.

Tack!


--
Ja som ni ser så har jag nu två "spår" samtidigt: OP eller PGA.
Eftersom jag redan har gjort ett testkort för OP'n så kommer den här versionen att bli med den lösningen.
Men jag ska testa att göra en version med en PGA också.

Nu blir det lite tester med R2 = 1k.

[xxargs]

Du jobbar ju med kvoter så med för hög R2 så blir värdet på R1 väldigt högt om du skall ha 285 ggr i förstärkning. - du hanterar ett område mellan svagaste (7 ggr) och starkaste läget (265 ggr) motsvarande 32 dB i dynamikomfång vilket förstås syns på omfånget av motståndsvärden mellan lägsta och högsta förstärkningsläge.

Skall du bygga för låg brus i alla lägen så kanske du måste byta både R1 och R2 med hänsyn till opampens drivförmåga och termisk brus från höga resistanser.

[JimmyAndersson]

Bruset håller sig på en aningen för hög nivå, även om jag har tillräckligt med marginal för att göra bra mätningar ändå.
Jag ska se hur det blir i mjukvaran. Annars testar jag att justera motstånden lite.


Däremot fick jag känna på just det här med ström in och ut ur ingångarna på OP'n.
Hade jag inte vetat om vad det berodde på så hade jag letat på fel ställe,
men nu var det enkelt fixat med ett till motstånd. Blev enorm skillnad.

Så, Klas-Kenny: Tack för tipset om EEVBlog. (Såg den edit'en först i går natt. Perfekt att titta på innan sovdags. )



Ett problem är däremot min strömsensor. Den uppför sig nästan som om GND inte är ansluten.
Jag misstänker att det beror på kapacitansproblem i kabeln, som jag dessvärre "måste" ha nu när jag testar.
Så jag har nog inget annat val än att göra ett litet kort och sätta direkt vid sensorn,
även om det blir lite svårare att komma åt att ändra komponenterna då.


Kul projekt det här. Man upptäcker bl.a hur enormt mycket skräp det är i elledningarna...
Jag har sett störningar från LCD-skärmens inverter, sinusformade ringningar från kablar,
störningar från en dimmer, brus från mig, osv.

[JimmyAndersson]

Det här var bara för knäppt.... Felet med kabeln berodde på att ledaren för matningspänningen var *av*!
Nånstans i isoleringen finns det (knappt) ingen koppar.

Jag märkte det när jag skulle sätta oscilloskop-proberna på ett trångt ställe
och lab-aggregatets strömbegränsnings-LED lös inte när jag råkade kortsluta +5V och GND-pinnarna.
Så jag resistansmätte kabeln och upptäckte vad som var galet.

Lite märkligt. Det var en helt ny kabel direkt från rullen (på 30cm i diameter) och det syns inget avbrott.
Jag har förmodligen använt många mil kabel genom åren och aldrig märkt detta tidigare på en ny kabel.
Men rent statistiskt så kan ju allt hända, så det var väl dags nu.


Jag var alltså inte så helt ute och cyklade när jag skrev "Den uppför sig nästan som om GND inte är ansluten."
Men det var +5V som nätt och jämnt hade kontakt hela vägen...


Jaha ja, så var det mysteriet löst.

[psynoise]

Men det känns spontant som att R2 (och R3) är för lågt.

Det ända som jag kan komma på som begränsar är resistorernas effekttålighet och spänningen över som genererar förlusteffekten. Men är man osäker är det ju bara att räkna, antingen med papper och penna eller via SPICE. Till exempel konstruerade jag tidigare i år en enklare mikrofonförstärkare där motsvarande resistor R2 blev runt 10 Ω.

R3 har förresten samma funktion som motståndet på in-pinnen i en inverterande koppling.

Det är inte helt korrekt, jag ser främst att R3 kan behövas för att få samma spänningfall pågrund av biasströmmar hos båda ingångarna. Detta främst för att öka precisionen i likspänningsförstärkningen men sådana problem har flera olika lösningar. Annars för växelspänningen ser jag ingen användning förutom att resistorn genererar termiskt brus direkt adderad till signalen.

För att kunna ger lite bättre svar hade det varit intressant att få veta mer om applikationen. Till exempel borde mycket avgöras till hur du vill styra förstärkningen, vilken noggrannhet som krävs och vilken typ av projekt det handlar om så att man inte trasslar in sig med applikationsspecifika kretsar som försvinner om några år.