Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]

31 Maj 2011 18:47 4715 4
  • Poziom 13  
    Witam. Przeczesałem już pół internetu i wszystkie wątki na elektrodzie związane z moim problemem jednak ciągle mam problem z układem wykorzystującym wzmacniacz operacyjny. Mam kilka pomysłów ale ciągle brak mi koncepcji wykonania.
    Układ ma za zadanie przesunąć oraz odpowiednio skalować napięcie wejściowe.
    Założenia:
    * pojedyncze zasilanie +5V
    * pojedynczy wzmacniacz operacyjny rail-to-rail input/output
    * +2.5V z źródła napięcia referencyjnego Vref
    * 3 zakresy wejściowe na dzielnikach napięcia(np. do 2.5, do 25, do 250)
    * napięcie wyjściowe od 0V do +5V(jednak lepiej jakby było gdzieś 0.3V od szyny zasilania tzn od 0.3V do 4.7V)
    I teraz łopatologicznie tłumacząc. Powiedzmy, że jest ustawiony zakres do 2.5V.
    Dla napięcia Uwe=0V, Uwy=2.5V
    dla napięcia Uwe=2.5V, Uwy=0.3V lub 4.7V
    dla napięcia Uwe=-2.5V, Uwy=4.7V lub 0.3V

    Wiem, że należy dodać stałą składową 2.5V. Jednak problemem dla mnie jest:
    -wybór konfiguracji wzmacniacza(nieodwracająca/odwracająca/sumująca)
    -czy zmieniać zakres pomiarowy dzielnikiem napięcia na wejściu czy zmieniając wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego
    -wykorzystując wzmacniacz w konfiguracji odwracającej oraz podając na wejście nieodwracające Vref uzyskujemy wzmocnienie: Vout=-(R2/R1)Vin + (1+R2/R1)*Vref Jednak w datasheet od wzmacniacza jest napisane, że wszystkie wejścia/wyjścia nie mogą wychodzić poza GND-VCC. A sygnał (np. -2.5V) jest podawany przez opornik R1 do wejścia nieodwracającego. I jak do tego układu dołączyć dzielnik napięcia zmieniający zakresy, tzn. jaki będzie wzór na Vout po dołączeniu dzielnika?
    Czekam na koncepcje. Pozdrawiam.
  • Pomocny dla użytkowników
    Zawsze możesz zastosować przetwornicę DC-DC (np. z 5V na +/-15V) (ceny wyglądają na przystępne)

    http://www.seguro.pl/sklep/?podkat=15

    Karta katalogowa: http://www.jm.pl/karty/AM1D.pdf

    ewentualnie nawet przetwornicę pojemnościową do wytworzenia napięcia ujemnego (taki wzmacniacz nie pobiera przecież dużo prądu)

    i odpada problem z zasilaniem asymetrycznym, stosowaniem wzmacniaczy rail-to-rail i pilnowaniem się by nie przekroczyć napięć granicznych.

    Przy takich dużych napięciach, to dobrze jest też dać na wejściu diody zabezpieczające na wypadek gdyby coś się stało w rezystor wejściowy, by nie wypaliło ci połowy układu za rezystorem.
  • Poziom 26  
    Jeśli nie możesz zastosować przetwornicy jak zaproponowano wyżej to
    jedno z prostszych rozwiązań problemu może być takie.
    Trzeba zastosować dwa szeregowo połączone układy wzmacniaczy w konfiguracji odwracającej np ku=1 .
    Ich wejścia nieodwracające łączymy ze źródłem napięcia referencyjnego 2,5V i ten poziom (punkt 0) jest jednocześnie
    wirtualną masą wejścia całego układu pomiarowego.
    Można tak dobrać rezystory sprzężeń zwrotnych i dzielników wejściowych
    aby dobrać najbardziej korzystne przełożenie wejście/wyjście.
    najlepiej jak na wyjściach wzm. operacyjnych napięcie nie przekroczy +2v i -2V wokół ref.2.5V czyli od 0,5-4,5V
  • Poziom 13  
    Dziękuję za odpowiedzi. Sprawa przetwornicy napięcia ujemnego nie jest jakaś nagminna. Spokojnie można przetwarzać napięcia ujemne odpowiednio je skalując tak aby na wyjściu wzmacniacza było >0. Poza tym na płytce jest układ max232 z którego mogę uzyskać ok.-10V o wydajności prądowej wystarczającej dla wzmacniacza. Jednak planuję zastosować układ ft232 i maxa już nie będzie. Faktycznym problemem jest podawanie napięcia ujemnego na wejście wzmacniacza ponieważ układ takowych nie toleruje przy zasilaniu +5V. Wzmacniacz posiada diody zabezpieczające i w przypadku przekroczenia 0-5V zwiera do szyn zasilania. Jednak spytałem się pewnej osoby na wydziale i powiedziano mi, że to nie problem. Że w jakiś tam sposób wejścia + i - są połączone(to wiadome) i jak podamy na wejście np. odwracające -2.5V a na nieodwracające 2.5V to układ będzie działał prawidłowo i nie ulegnie uszkodzeniu, chociaż wychodzimy poza specyfikację. I to by się zgadzało(o dziwo), znalazłem przykłady w internecie układów o pojedynczym zasilaniu. Na wykresach ładnie to wygląda, muszę jeszcze to w praktyce przetestować. Drugim problemem jest dołączenie dzielnika napięcia, który wiadomo co robi ale i zmienia charakterystykę wzmacniacza operacyjnego. Czyli jak to wszystko poobliczać dla każdego zakresu, aby na wyjściu zawsze było 0.3V-4.7V. Jedyne co rozwiązałem to wybór konfiguracji w jakiej pracuje wzmacniacz. W skrócie dopasowujemy prostą do charakterystyki wzmocnienia: Vin/Vout w postaci Y=aX + b. W zależności od znaków a i b dobiera się układ. Później napiszę więcej na ten temat.
    Po prostu szukam punktu zaczepienia, jakiegoś działającego przykładu a dalej sobie poradzę. Wszystkie prezentowane układy na elektrodzie posiadały dzielnik napięcia na wejściu z jednym niezmiennym zakresem. I dziwi mnie bardzo, że nikt nie zaprezentował układu z kilkoma zakresami.(jeden znalazłem lecz był wykorzystany wzmacniacz pomiarowy na 3 op amp oraz masy układów nie mogły być podłączone...)
  • Poziom 13  
    Witam ponownie. Pewne zainteresowanie tematem jest jednak nikt nie ma pomysłów:/
    Przedstawiam sposób doboru układu pomiarowego w zależności od wymagań.
    Na początku robimy założenia które ma spełniać układ(przykładowe):
    * napięcie zasilania: 5V
    * napięcie referencyjne: 2.5V
    * tabelka napięć wejścia/wyjścia:
    Vin | Vout
    _______________
    -2V | 4.5V
    2V | 0.5V
    Układ wzmacniacza pracuje liniowo: Vout=m*Vin + b (równanie prostej Y=mX+b)
    Musimy wyliczyć m oraz b. Układ równań wygląda następująco:
    (I) 4.5 = m * (-2) + b
    (II) 0.5 = m * 2 + b
    Dodajemy stronami: (I) + (II) otrzymujemy: 5 = b => b = 2.5 i podstawiamy do (II)
    0.5 = m * 2 + 2.5 => -2 = m * 2 => m = -1
    Otrzymujemy współczynniki: m=-1 oraz b=2.5 i prostą w postaci: Y=-m + 2.5
    W zależności od znaków m oraz b dobieramy układ:
    *I m > 0 && b > 0
    [wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]
    *II m > 0 && b < 0
    [wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]
    *II m < 0 && b > 0
    [wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]
    *IV m < 0 && b < 0
    [wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]

    Wybieramy układ III:
    (I) |m| = Rf/Rg
    (II) |b| = Vref * (R1/(R1+R2))*((Rf+Rg)/Rg)
    liczymy szukane wartości Rf,Rg itd.
    |m|=|-1|=1=Rf/Rg => Rf=Rg , przyjmujemy wartość 10k(ohm) Rf=10k, Rg=10k
    podstawiamy do (II) wartości
    2.5=2.5 * (R1/(R1+R2))*(Rf/Rg + 1) => 1 = (R1/(R1+R2))*(10000/10000 + 1) => 1=2*R1/(R1+R2)
    => R1+R2= 2*R1 => R2=R1 , przyjmujemy wartość 10k(ohm) R1=10k, R2=10k
    Otrzymujemy układ:
    [wzmacniacz operacyjny][dzielnik napięcia]

    Co ważne, prezentowane układy można zasilać pojedynczym napięciem.
    Niestety po przeanalizowaniu układów I-IV dochodzimy do wniosku. W przypadku podłączenia sygnału wejściowego poprzez dzielnik napięcia(mający co najmniej 2 zakresy) zmienia się charakterystyka wzmocnienia układu. Co gorsza, podczas zwarcia z masa wejścia układu, tzn podania 0V oraz zmieniając zakresy na dzielniku powodujemy zmianę (wirtualnego) 0 na wyjściu. Matematycznie: Y=mX+b dla X=0 => Y=b w każdym z przypadków wartość b zależała by od zakresu ustawionego na dzielniku napięcia na wejściu przez co układ staje się nieprzydatny. Czyli wymaganego układu na jednym wzmacniaczu się nie zrobi.
    Rozwiązaniem jest zastosowanie dodatkowego wzmacniacza pracującego w układzie wtórnika napięciowego pomiędzy dzielnikiem napięcia a resztą układu. Wtórnik musi być jednak zasilany napięciem symetrycznym względem masy.
    Dodatkowym problemem, przy pojedynczym zasilaniu jest zabezpieczenie reszty toru pomiarowego w przypadku podłączenia sygnału podczas wyłączonego zasilania. Rozwiązaniem jest dodanie do układu diody Schottky'ego.