Hallo, ich bastle im Moment an einer Projektarbeit für die Uni. Dabei bin ich auf ein Problem gestoßen, welches mich an das Ende meines Lateins gebracht hat. Da gerade Ferien sind und die Uni somit verwaist ist, habe ich die Hoffnung, dass eine/r der klugen Köpfe/innen hier eine Erklärung für mein Phänomen hat. Ein Teilaspekt meiner Arbeit ist das Messen einer Batteriespannung mittels uC. Da die zu messende Batterie keine Verbindung zur Schaltungs-Masse haben darf, verwende ich zur Spannungsmessung einen Instrumentenverstärker (INA128). Dessen Ausgangssignal führe ich noch über einen Präzisionsgleichrichter, damit dem uC immer der Betrag der Spannung zur Verfügung steht (unabhängig von der Polung der Batterie). (siehe angehängte Schaltpläne) Soweit alles i. O.. Auch am Steckbrett hat das alles wunderbar funktioniert. Jetzt habe ich die ganze Schaltung mal auf eine Platine gebannt und siehe da – die Spannungsanzeige des uC am LC-Display schwankt wie ein irischer Hafenarbeiter. Bei einer 4,5 V Batterie so ungefähr zwischen 3,5 und 4,5V. Messungen mit dem Oszilloskop haben folgendes ergeben (siehe hierzu auch die angehängte Oszillogramm-Übersicht): 1) Messung direkt an der Batterie -> Spannung schwankt nicht mehr. 2) Messung am Ausgang des Instrumentenverstärkers (Pin 6) -> der Batteriespannung ist ein Rechtecksignal überlagert, welches ausgeprägter wird, wenn ich die Messleitungen (von Schaltung zu Batterie) berühre. Am Rande sei angemerkt, dass es sich bei den Messleitungen um verdrillte Silikonleitungen handelt. Meine Schaltung hat auch eine ISP-Schnittstelle. Wenn ich die Schaltung anstelle eines Netzteiles über die ISP-Schnittstelle mittels STK500 mit Energie versorge, tritt das Phänomen viel schwächer auf (wobei ich das STK500 dabei sinnigerweise mit dem selben Netzteil mit Spannung versorge). Mittlerweile habe ich auch eine Lösung für mein Problem gefunden: Wenn ich einen Widerstand (1M) zwischen eine Messleitung und GND klemme, ist alles wunderbar und die Spannung steht hart wie … Mir drängen sich nun zwei Fragen auf: Erstens, woher kommt das absolut periodische Rechtecksignal, welches sich so unschön über meine Batteriespannung legt? Zweitens, warum bringen das STK500 bzw. der Widerstand eine Besserung? Es würde mich wirklich sehr freuen, wenn jemand Licht in diese Sache bringen könnte. Vielen Dank! PS: Sollte es irgendeine Kritik an meinem Schaltplan geben, oder irgendjemand eine Idee haben wie die Messaufgabe einfacher/effizienter gelöst werden könnte, dann nur nicht damit hinter dem Berg halten. (Noch eine kleine Ergänzung: der 7805 ist eigentlich ein DC-DC Wandler von Recom)
Angehängte Dateien:
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oszillogramme.png
530 KB -
schaltung.png
270 KB -
spannungsversorgung.png
180 KB
Das liegt daran das du es hier mit einen realen Instrumentenverstärker zu tun hast. Stichwort: Common-Mode Voltage, Bias Current. In deiner Schaltung fliegt die Batterie irgendwo undefiniert in der Luft herum. Mein Tipp: Ließ dir ein paar App-Notes zum Thema reale OPVs durch, und komm wieder wenn du dann noch immer nicht verstanden hast warum der 1MOhm Widerstand hilft. @ Frank K.: Ohne Rg hat der Instrumentenverstärker einfach nur die Verstärkung 1. Ich glaube das war so vom Threadersteller gewollt.
Hi, ohne das ganze jetzt genauer angeschaut zu haben würde ich mal ins folgendes vermuten: Vielleicht koppelst auf Seite der Batterie eine Gleichtaktstörung ein. Das vermute ich deshalb, weil in deiner Schaltung die Batterie keinen Bezug zur Masse hat - d.h. das ganze ist gegen deine Masse EXTREM hochohmig. Da reicht schon ein sehr kleines C um etwas kapazitiv einzukoppeln. Eventuell überschreitest du den zulässigen Gleichtaktbereich des INA (habe jetzt nichts ins Datenblatt geschaut...)? Der 1M zieht dir das dann eventuell wieder zumindest irgendwie richtig hin. Versuche doch einmal, die Batteriespannung gegen die Masse des INA zu messen, dann solltest du das sehen, falls es so ist - du brauchst aber einen guten (hochohmigen) Tastkopf. Wenn man das bestätigen kann, würde ich zum R noch ein C (oder besser ein RC) parallel schalten. Das RC nach der Störung aussuchen - das RC muss ein Z haben das sehr viel kleiner ist als das der Einkopplung - in deinem Fall nicht schwierig. Wie gesagt, ist das nur eine Vermutung ins Blaue.
Hallo, wenn ich mir die Zeitspanne des Störsignales ansehe, ist es zimlich genau 20 ms. Ist also eine 50 Hz Netzstörung, die dann irgendwie auf Deine hochohmige Schaltung einstreut. LG Dirk
Hannes H. schrieb: > Da die zu messende Batterie keine Verbindung zur > Schaltungs-Masse haben darf, verwende ich zur Spannungsmessung einen > Instrumentenverstärker (INA128). Dann brauchst Du einen Trennverstärker, z.B. AD202. Ein Differenzverstärker braucht immer auch eine Masseverbindung zum Meßobjekt.
Hallo! Erstmal vielen, vielen Dank für die ganzen Antworten! Frank K. schrieb: > Du hast Pin 1 und 8 vom INA128 nicht beschaltet. Da hast du recht, aber wie David schon sagte, können diese Pins frei bleiben, wenn der Betrag der Verstärkung lediglich 1 sein soll. Vielen Dank auch an David, Humpfidumpf und Dirk! Es würde sogar im Datenblatt stehen, dass ein "input bias current return path" nötig ist (Seite 10). Ich hab das aber anscheinend irgendwie völlig übersehen... Allgemein ist es wohl so, dass ich mich noch ein wenig mit den Begriffen "Bias-Current" und "Common Mode Voltage" außeinander setzen muss. In der Vorlesung sind diese Begriffe zwar gefallen, allerdings sind mir die tatsächlichen schaltungstechnischen Auswirkungen noch nicht ganz klar. Ich habe mittlerweile auch eine App-Note mit dem schönen Namen "How to Avoid Common Problems" gefunden, welche ich hier mal anhänge, falls jemand mal über ein ähnliches Problem stolpert. Die App-Note beschäftigt sich ua mit der hier vorliegenden Problematik. Peter Dannegger schrieb: > Dann brauchst Du einen Trennverstärker, z.B. AD202. Das wäre wohl die sauberste Lösung. Wenn ich meinen Betreuer das nächste mal sehe, werde ich dieses Thema ansprechen. Als ich dieses Projekt bekommen habe, wurde mir empfohlen das ganze mit dem INA128 zu lösen. Ich habe daher eigentlich kaum nach Alternativen gesucht. Nochmal vielen Dank an alle! Sollte sonst noch jemand was zum Thema sagen wollen, würde es mich natürlich freuen.
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