Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Projektlabor - SS 2014 Dominik Šurc 15. Mai 2014

Dominik Šurc

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Gliederung

• Allgemeines

• Idealer OPV

• Betriebsarten

• Grundschaltungen

• Schaltung zur Temperaturmessung

Dominik Šurc

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Allgemeines

•

Abkürzung OPV, OpAmp

•

Differenzverstärker mit einem invertierenden, nichtinvertierenden Eingang

•

sehr hohe Verstärkung V

•

U

= V(U

− U

) = VU

Abbildung:

Schaltzeichen und Kennlinie eines OPVs mit

[2]

Dominik Šurc

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Idealer OPV

• unendlich hohe Verstärkung

• R e → ∞ (⇒ I e = 0)

• R a = 0 (U a unabhängig von der Last)

• kein Rauschen

• Offset und Drift vernachlässigbar

• keine Frequenzabhängigkeit (realer OPV modelliert als TP 1.

Ordnung)

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Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Betriebsarten

• Ohne Kopplung

• Mitkopplung - der Ausgang wird auf den nichtinvertierenden Eingang zurückgeführt

• Gegenkopplung - der Ausgang wird auf den invertierenden Eingang zurückgeführt;

Fehler werden kompensiert;

im Idealfall U _d = ^U _V

= 0 bei V → ∞

Dominik Šurc

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Invertierender Verstärker

Abbildung: Invertierender Verstärker Knotenanalyse: ^U _R

= − ^U _R

⇒ U a = − ^R _R

U e .

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Nichtinvertierender Verstärker

Abbildung: Nichtinvertierender Verstärker Spannungsteiler: U a = 1 + ^R _R

U e

Dominik Šurc

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Spannungsfolger/Impedanzwandler

(a) Nichtinv. Verstärker

= ⇒

(b) Impedanzwandler R

→ ∞ , R

= 0, U a = U e

Dominik Šurc

Operationsverstärker und deren Anwendung auf die Temperaturmessung

Summierer

Abbildung: Summierer

Knotenanalyse: ^U _R

+ ^U _R

= − ^U _R

Multiplikation mit −R

: U a = − ^R _R

(U off + U s )

Dominik Šurc

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Etc ...

Viele andere analoge Schaltungen realisierbar

• Integrierer

• Differenzierer

• Logarithmierer

• Komparatoren

• Filter

• ADU, DAU

• ...

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PT100

Abbildung: PT100 Kennlinie [4]

• Bestimmung von Messbereich, z.B. T ∈ [ − 30

C, 40

C ]

• R S,min , R S,max aus dem Datenblatt ablesen

Dominik Šurc

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Temperaturmessung I

Zu hoher Strom durch den Sensor verfälscht die Messung!

I S ≤ I max ⇒ R

= ^U _I

− R S

U S,min , U S,max mit Spannungsteiler berechnen

= ⇒

Ziel: Spannungsbereich zwischen 0V und 5V

⇒ Offset entfernen, Verstärkung anpassen

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Temperaturmessung II

Offset entfernen: Summierer

= ⇒

U a = − ^R _R

(U off + U s ) U off < 0

Ausgangsspannung invertiert!

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Temperaturmessung III

Verstärkung anpassen: invertierender Verstärker

= ⇒

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Gesamte Schaltung

= ⇒ = ⇒

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Quellen

Thewes, Roland: Schaltungstechnik, Vorlersungsfolien, Sommersemester 2013.

Orglmeister, Reinhold: Analog- und Digitalelektronik, Skript, TU Berlin, 2012.

Analog- und Digitalelektronik, Übungsblatt 1, Wintersemester 2013/14

Pt100/Pt1000 platinum resistance thermometer,

http://www.sawi.ch/produkte_e/katalog_e/69-Pt100_

Pt1000_platinum_resistance_thermometer.pdf, Abruf:

13.5.2014

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