NIC (Negative Impedance Converter) als Linearisierungswiders

[Artur]

Hallo NG,

Ich habe mir folgende Schaltung zur Widerstandsmessung überlegt:

VCC
+
R1 = 10k |
R2 = 4k7 .-.
R3 = 4k7 | | R1
R4 = 22k | |
R5 = 100 '-'
|
o------------------o
|
| Ua
| R5 | R2
.-. ___ | ___ .-o
Poti | |<---o---|___|-----o--|___|---. |
10k | | | | |
5-Gang '-' | |\ | |
| '--|+\ IC1 | |
'-----o-. | >----o |
| .--|-/ | |
| | |/ | |
| | ___ | |
| o--|___|---' |
| | |
| | R3 |
| .-. |
| | | |
| | | R4 |
| '-' |
| | |
GND GND GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

In der Simulation mit PSpice und mit Excel kommt bei der Drehung
des Potentiometers eine zum Drehwinkel proportionales, lineares
Ausgangssignal (Ua) über den gesamten Drehwinkel heraus.
(Ua = C x Drehwinkel + Offset)

Wenn ich die Schaltung aber aufbaue, ist die Schaltung nur bis einem
Potiwert von ca. 4kOhm linear. Bei größeren Werten vom Poti wird die
Ausgangskurve stark gekrümmt.

Wie groß wählt man typischer weise die Widerstände R2 und R3
bei dem NIC? Mir ist schon bekannt das man den NIC Leerlauf- und
Kurzschlußstabil beschalten kann (Positiven und Negativen OP-Eingang
vertauschen)

Das Stabilitätskriterium R4 > R1 ist doch auch erfüllt...

Gruß,

Artur

 

[Winfried Salomon]

Hallo Artur,

Artur wrote:

Hallo NG,

Ich habe mir folgende Schaltung zur Widerstandsmessung überlegt:

VCC
+
R1 = 10k |
R2 = 4k7 .-.
R3 = 4k7 | | R1
R4 = 22k | |
R5 = 100 '-'
|
o------------------o
|
| Ua
| R5 | R2
.-. ___ | ___ .-o
Poti | |<---o---|___|-----o--|___|---. |
10k | | | | |
5-Gang '-' | |\ | |
| '--|+\ IC1 | |
'-----o-. | >----o |
| .--|-/ | |
| | |/ | |
| | ___ | |
| o--|___|---' |
| | |
| | R3 |
| .-. |
| | | |
| | | R4 |
| '-' |
| | |
GND GND GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

In der Simulation mit PSpice und mit Excel kommt bei der Drehung
des Potentiometers eine zum Drehwinkel proportionales, lineares
Ausgangssignal (Ua) über den gesamten Drehwinkel heraus.
(Ua = C x Drehwinkel + Offset)

wie kannst Du eine Schaltung mit Excel simulieren? Bei Pspice, wie hast
Du das Poti modelliert? Interessante Schaltung, deren Sinn sich mir
jedoch im Moment entzieht, habe ich jetzt nicht nachgerechnet. Warum
hast Du nicht einfach 'nen Buffer an den Scleifer des Poti gehängt? Wo
geht der obere Anschluß des Poti hin, an Vcc? Wie groß ist Vcc?

Wenn ich die Schaltung aber aufbaue, ist die Schaltung nur bis einem
Potiwert von ca. 4kOhm linear. Bei größeren Werten vom Poti wird die
Ausgangskurve stark gekrümmt.

Nehmen wir mal an, die Schaltung ist vom Prinzip her richtig, weil die
Simulation funktioniert. In Wirklichkeit berücksichtigt eine Simulation
aber nicht alle Effekte. Mit Ua kommst Du normalerweise nur an Vcc-2 V
dran, hängt vom OP ab, auf 0 kommst Du bei vielen auch nicht runter.

Wie groß wählt man typischer weise die Widerstände R2 und R3
bei dem NIC? Mir ist schon bekannt das man den NIC Leerlauf- und
Kurzschlußstabil beschalten kann (Positiven und Negativen OP-Eingang
vertauschen)

Ich habe mir jetzt nicht die Mühe gemacht das nachzusehen, aber Vorsicht
ist da angesagt. Die Widerstände sehen vernünftig aus, der Op sollte am
Ausgang normalerweise nicht mehr als 10 mA bringen müssen, die Spannung
darf nicht zu nahe an Vcc und Gnd kommen, hängt wieder vom OP ab, hab
jetzt keine Lust das nachzurechnen, siehst Du doch in Pspice alles sofort.

Hast Du in PSpice mal eine Transientenanalyse gemacht? Also z.B.
Stromquelle mit Rechteckverlauf auf den Schleifer des Poti oder so? Bei
einer reinen DC-Analyse bekommst Du über Stabilität nicht unbedingt eine
sinnvolle Aussage.

Das Stabilitätskriterium R4 > R1 ist doch auch erfüllt...

Fehlen R5 und das Poti, die sind da garantiert mit drin. Falls das
Stabilitätskriterium hier wirklich erfüllt sein sollte, so bestenfalls
in der Vereinfachung. Hast Du ein Oszilloskop am Ausgang angeschlossen?
Das wirkliche Verhalten des OP wird nämlich in der Simulation kaum
berücksichtigt (zu komplex), also ist _immer_ eine Kontrollmessung. nötig!

.......
Achso, Du willst Widerstände messen, wo ist denn das Meßobjekt, das
Poti? Da hätte ich 'ne Stromquelle genommen, z.B. eine, die mir als
Howland-Stromquelle bekannt ist. Die sieht fast so aus wie Deine
Schaltung oben, nur daß man die Spannung am Meßobjekt mißt.

mfg. Winfried

 

[Rolf_B]

Artur wrote:

Wenn ich die Schaltung aber aufbaue, ist die Schaltung nur bis einem
Potiwert von ca. 4kOhm linear. Bei größeren Werten vom Poti wird die
Ausgangskurve stark gekrümmt.

Du misst den Widerstand, indem du ihn mit einem konstanten
Strom beaufschlagst. Die Kompensation des Widerstands R1
mit einem NIC ist irgendwie cool, auch eine Art, eine
Konstantstromquelle zu bauen.
Was fehlt, ist eine Angabe von Vcc. Und von IC1. Vielleicht
fehlen einfach Volt...
Widerstandswahl für standard-Opamps i.O.
Falls der Opamp aber nicht Rail to Rail ist oder sonst
schwach auf der Brust, muss Vcc vom IC ca. 2.5 V höher
als die maximal erwartete Ausgangsspannung sein.
Dass deine Schaltung krumme Kennlinien produziert, verwundert
wenig, da die Impedanz nicht unendlich ist. Bei R5 = offen
produziert sie nicht unendlich, sondern etwa 2.2 Vcc. Vielleicht
wolltest du R4=10k einsetzen, dann gehts (das mit dem Linearen,
nicht das mit dem Unendlichen ;-)). Da R5 auch in "R1" eingeht,
ist die Stabilität zuerst mal nicht gefährdet.

--
mfg Rolf Bombach