Svenska ElektronikForumet

Hejsan,

vi har en sensor som använder sig av en wheatstonebrygga som ger extremt små utslag för de signaler vi tittar på och vi har därför en op-amp med 1000ggr förstärkning följt av en voltage-follower för att få en signal med en impedans atmegans adc klarar av. Hela kretsen drivs av 3,6V och vi har verifierat att uC och koden funkar som den ska.

Vi tyckte att den förstärka signalen inte gav det utslag vi förväntade oss så vi provade att ändra förstärkningen genom att byta ut 1k-resistorerna mot 100ohms och fick bara en ökning på max 2ggr, inte 10 som vi förväntade oss. Det fick oss att tro att något annat var fel men vi har som sagt inte kunnat isolera någon enskilld del då signalerna ut från sensorn är så extremt små.

Nån som har något smart förslag?

/Z

Willkommen!

Vilken OP använder ni? Instrumentförstärkare?
Var ligger signalnivån i förhållande till matningsspänningar?
Lågpassfilter?

Schema hur du har kopplat in tack - med alla komponentvärden och Op-amptyp du använder .

Du har förmodligen en spänningsdelning mellan bryggans motstånd och ingången på OP-ampen med helt enkelt för låg ingångsimpedans på OP-ampkopplingen. sedan är OP-ampen säker inte helt utbalanserad med trimingångarna som 8-pin OP-ampar brukar ha - och då drunknar din insignal med obalans DC-offseten i OP-ampen gissningsvis.

Därför använder man instrumentation-förstärkare baserat på 3 OP-ampar just för att göra ingångarna högimpediva i megaOhm-nivå.

Motstånden i instrumetationsförstärkaren är det som bestämmer common-mode dämpningen (för att undertrycka störningar utifrån) och därför köper man enklast en färdig instrumetationsförstärkare med motstånden redan lasertrimmade på 0.01 % nivå och bättre gentemot varandra.

Det är väldigt svårt att bygga en diskret instrumentationsförstärkare med bra prestanda just för att man inte har motstånd med mindre än 0.01% onogranhet gentemot varandra i kopplingen - så kinkigt är det.

- när man kopplar in weatstonebryggor med små signaldifferensnivåer så kan man inte längre slarva med designen med standard 1A-kopplingar utan här måste man vara noga med analog-konstruktionen om det skall ge tillförlitliga resultat.

xxargs har helt rätt som vanligt dessutom att ändra 1k-resistorerna mot 100ohms känns helt fel, det blir mycket ström att driva och då det hela matas med bara 3,6 volt. OP förstärkaren orkar troligen inte driva så lågohmigt.

Protte

Du kan ju få störningar från nätet (50Hz). Fundera på ett 50Hz bandspärrfilter.
4-polsmätning (Kelvin-nånting).
Skulle en chopperstabiliserad förstärkare kunna göra ett bra jobb här?

Bandspärrfilter är inte så enkelt att få att fungera då det kanske finns både 50 och 100 Hz brum. Ett högpass och ett lågpass är enklare (bandpass).

Jag tror mera på att minska förstärkningen så att ingångsmotstånden till differentialförstärkaren kan göras större för att minska belastningen på bryggan. Den efterföljande spänningsföljaren kan få en del förstärkning.

Vad har bryggan för utimpedans, vad är motståndsvärdet i varje del?

Utimpedansen läggs till på ingångsmotstånden, kanske därför det bara blev en fördubbling vid 1K till 100 ohm förändringen.

Optimera befintlig konstruktion före allehanda filter och chopperstabilisering, ett schema vore rätt mycket värt så vi inte behöver gissa.

Protte

Tack för alla snabba svar! Jag ska försöka få upp en bild på kretsen tillsammans med lite fler värden...

Filter kan man slänga in senare - men först så måste man få till en förstärkare med hög commonmode så att likfasig störning som kommer in från sensorn via sladdar (typisk 50 Hz med övertoner) inte förstärks upp.

Utan bra common mode på förstärkaren så får man aldrig kontroll på störningarna då det är helt enkelt blir för mycket att ta rätt på samtidigt. Bra commonmode och hyffsad skärmning på sensor till förstärkarna är första steget för att få in processbara signaler - därefter kan man hjälpa till lite med extra filter om nödvändning.

Om du vill ha hög förstärkning så kommer du snabbt råka på att även minsta lilla DC-offset på dina förstärkarsteg börja bli problematiskt när du vill ha hög förstärkning - vill du ha 10000 ggr försärkning så blir även 1 mV DC-offset på ingången pga. obalanserade OP-ampar motsvaradnde 10 Volt på utgången och den delen vill också gärna driva med tiden för att trimpottar etc. rör sig något.

En väg att komma runt detta är att exitera mätbryggan med växelström i känd nivå stället för DC-spänning - och har förstärkarkedjan AC-kopplad. Nöjer man inte med absolutbeloppet på mätbryggans värde så måste man även jämföra fasen mellan generatorsignalen och inkommande signalen - kan göras med en exor-krets i sin enklaste form eller så samplar man in generatorsignalen och sensorsignalen och jämför mjukvarumässigt. - när bryggan korsar perfekt balans (ingen signal alls) så byter mätsignalen polaritet 180 grader på andra sidan..

Med AC spänning så kan man äver driva och känna av mätbryggan via transformatorer (som i sig höjer common mode) om man måste ha det galvaniskt isolerat mellan brygga och mätelektronik.

Med växelström så kan man traditionellt öka och minska förstärkningen med områdesomkopplare utan att det påverka DC-offset på OP.ampar - eftersom DC-nivån inte mäts övh. - vilket gör att man ofta kan göra en mätuppkoppling med större dynamik än med DC-matad strömbrygga.

med bandpassfiltering som bara släpper igenom mätsignalen så minska man också störexponeringen av frekvenser långt utanför mätfrekvenser och termiska bruset om man vill mata väldigt svaga signaler väldigt nära bryggans balanspunkt.

Jag vill minnas att vi någon gång hade en aktiv jord eller skärm när vi labbade med små signaler från mätbryggor. Det är 30 år sedan och MYCKET bortglömt nu ...

Här kommer ett kretsschema också, ger det mer klarhet?

Vilken impedans har du i bryggan?
En konding över motkopplingsmotståndet vore bra.
Dela upp förstärkningen i tre op-förestärkare.

Det är standardkoppling 1A men som jag och TomasL och xxargs har skrivit, det går inte att förstärka 1000ggr, belastningen blir för hög på bryggan. Ändra 1K till 100 K och lägg förstärkning i följaren istället.

Liksom lite bara om konstruktionen, bryggan har en utimpedans som är relativt stor och den ska jobba mot 1 kOhm in på differentialförstärkaren. Utimpedansen på den förstärkaren är teoretiskt 0, i praktiken väldigt nära noll och den jobbar mot plusingången på följaren som har oerhört hög impedans. det har blivit lite baklänges det hela.

Jag har inte sett detta men det kanske är bättre att sätta 2 följare efter bryggan som driver differentialförstärkaren (med 1K - 1M). Diff frstärkaren klara nog att driva analogingången på uC.

Protte

Du behöver en instrumentförstärkare!

T.ex INA 122 rekomenderas. Att bygga självt är svårt som xxargs beskrivit tidigare.

Men snälla... LM358 kan INTE jobba med så låga spänningar!!! MINST 10V eller ±5V!!!

Använd en rail-to-rail op-amp som faktisk kan jobba med så låga spänningar, t.ex OP296 eller OPA2337 eller OPA2343 eller annan lämplig typ.

Stort tack för alla snabba svar och förslag, grymt forum! Vi för fullt på att testa förslagen. Återkommer med info..