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 z konwerterem dc, dziwne napięcie wyjściowe

10 Sie 2012 08:56 2011 13
  • Poziom 8  
    Witam,

    Od niedawana hobbystycznie bawię się prostą elektroniką, popełniłem następujący schemat Wzmacniacz operacyjny z konwerterem dc, dziwne napięcie wyjściowe i zmontowałem go na płytce stykowej.

    Ten lewy scalak to konwerter dc/dc LMC7660, a wzmacniacz to MCP609/9.

    Na wejściu LMC mam 3.3V z Arduino, na wyjściu z LMC -3.3V (zmierzone). Natomiast wyjście wzmacniacza zawsze pokazuje coś. Jeśli R2 = 2.7kOhm, to wyjście wzmacniacza pokazuje około 20mV, jeśli R2=270Ohm, to wyjście 2mV. Jeśli wstawię R1=R2 to zmierzone napięcie na wyjściu było około poniżej 3V (chyba 2.46V, lub 2.86V).

    Zgodnie ze specyfikacją MCP, Vos to 200uV

    Czy zrobiłem coś źle, lub czemu tak się dzieje?
  • Poziom 17  
    Witam. Co ten wzmacniacz ma zrobić z sygnałem: odseparować - out połączyć z -, a do + Wo podłączyć sygnał z konwertera. Jak ma wzmocnić to ile razy bo w niekorzystnych warunkach złego doboru R1, R2 i obciążenia którego nie masz napięcie wyjściowe może osiągnąć nawet 100mV. Proszę obciążyć ten Wo i pomierzyć. Przy R1=R2 wzmocnienie ok -1. Jaka wartość R1? przy R2 zmniejszającym do 0 (2,7kΩ, 270Ω, 27Ω) Napięcie wyjściowe WO bez wysterowania maleje do zera. Prawidłowe działanie.
  • Poziom 42  
    cb13 napisał:
    Przy R1=R2 wzmocnienie ok 1.


    -1 a nie 1!
  • Poziom 8  
    Kiedy odłączam R1, na wyjściu wzmacniacza mam 2.1mV, przy R2=2.68kOhm, jeśli R2=270Ohm to ciągle mam 2.1mV.

    Celem układu jest pomiar R1 poprzez pomiar napięcia na wyjściu (R1 to czujka której opór to 1/wartość)

    Na wyjściu wzmacniacza powinienem dostać wtedy V=R2/R1*V_in

    Może jest to spowodowane jakimś parametrem wzmacniacza?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Spójrz na parametry "Maximum Output Voltage Swing" "Linear Output Voltage Range" ten drugi od 50mV, Jest to mierzone pod (lekkim) obciążeniem prądu wpływającego do wyjścia, pracujesz bez takiego obciążenia, dlatego osiągnąłeś wartości znacznie lepsze.

    Jeśli nie potrzebował byś, żeby wyjście osiągało poziom górnej szyny zasilania, to można zrobić dobrą dokładność blisko zera, przesuwając poziom przy użyciu diody i rezystora.

    Jeśli to ma być układ pomiarowy, to nie powinieneś traktować wyjścia 7660 jako napięcia odniesienia, ma dużą rezystancję wyjściową i nie jest to stabilna rezystancja.
  • Poziom 8  
    A już tylko z teoretycznej ciekawości (bo nie jestem elektronikiem), czy wzmacniacz nie będzie obciążony poprzez obwód z rezystorem R2.

    Co do stabilizacji napięcia myślałem, aby dodać diodę referencyjną na wyjściu konwertera (zapomniałem kupić), równolegle do kondensatora C2 wraz z odpowiednim rezystorem, czyli na schemacie dioda strzałką w dół, szeregowo rezystor R3, GND; R1 zostawiamy jak jest, ale + wzmacniacza podłączamy pomiędzy R3 a diodę. Czy taki układ ma sens?

    Zależy mi na stabilności ponieważ chcę próbkować z częstością powyżej 1-10kHz :), ale mniejszą nie pogardzę :) Nie wiem też czy Arduino sobie z czymś takim poradzi...
  • Poziom 43  
    Cytat:
    A już tylko z teoretycznej ciekawości (bo nie jestem elektronikiem), czy wzmacniacz nie będzie obciążony poprzez obwód z rezystorem R2.

    Mierzyłeś bez R1, wtedy wyjście nie było obciążone.

    Cytat:
    Co do stabilizacji napięcia myślałem, aby dodać diodę referencyjną na wyjściu konwertera (zapomniałem kupić), równolegle do kondensatora C2 wraz z odpowiednim rezystorem, czyli na schemacie dioda strzałką w dół, szeregowo rezystor R3, GND; R1 zostawiamy jak jest, ale + wzmacniacza podłączamy pomiędzy R3 a diodę. Czy taki układ ma sens?

    Tak.

    A jaki zakres rezystancji ma ten czujnik?, bo jeśli potrzebujesz pracować przy najniższych napięciach w okolicy zera, to mogą tam być również inne problemy.
  • Poziom 8  
    jarek_lnx napisał:

    A jaki zakres rezystancji ma ten czujnik?, bo jeśli potrzebujesz pracować przy najniższych napięciach w okolicy zera, to mogą tam być również inne problemy.

    Rezystancja teoretycznie od 9M, do 2k tak podaje dystrybutor (ale się chyba myli, przynajmniej co do dolnej granicy). Czujka w stanie spoczynku nie przewodzi (albo mam zbyt mały miernik)
  • Poziom 17  
    Jarek_lnx dobrze myśli -RoMan- nie wiem dlaczego napisałeś wzmocenienie -1 skoro WO nie ma ujemnego zasilania (tu błąd), wzmacniacz ma odwracać sygnał z jakimś wzmocnieniem, to myślę że jeżeli + WO jest połączony przez rezystor do masy, to dla dodatnich napięć WO nic nie wzmocni a Uo~0, dla ujemnych - ok. Jeśli konwerter nie daje ujemnych napięć to układ trzeba zmodernizować dając -Ucc i wzmacniacz do tego dopasowany, albo - WO podłączyć przez rezystor do masy, a napięcie wejściowe podłączyć do +WO.
  • Poziom 42  
    Nie ma znaczenia czy ma ujemne zasilanie czy nie. Ważne jest to, że następuje odwrócenie fazy - stad minus przy wzmocnieniu. Na wejściu masz -2V, to na wyjściu masz +2V czyli współczynnik wzmocnienia napięciowego jest równy -1.
  • Poziom 43  
    Z minimalnym napięciem wyjściowym można sobie poradzić sposobów jest kilka, ale jest inny problem problem.
    Arduino ma 10-bitowy przetwornik (wbudowany w ATMEG'ę) ten przetwornik ma niezerowy błąd offsetu (max 2 LSB) - nie obejmiesz tym całego zakresu czujnika który zmienia rezystancję 4500 krotnie. Przykładowo jeśli dobierzemy rezystory tak żeby mieć początek zakresu na 2kΩ to koniec będzie na 2MΩ (zakładając że błędu offsetu nie ma) a do 9M jeszcze brakuje. Zakres dało by się poszerzyć "psując" linearyzację, co można później poprawić programowo.

    Jakiej rozdzielczości i jakiej dokładności potrzebujesz?.
  • Poziom 42  
    Ale skoro dysponujemy napięciem ujemnym z 7660, to dlaczego go nie wykorzystać również do zasilania wzmacniacza operacyjnego? Zniknie problem minimalnego napięcia wyjściowego.

    Przypominam przy okazji, że napięcie na wyjściu 7660 jest niestabilizowane!
  • Poziom 8  
    jarek_lnx napisał:
    Z minimalnym napięciem wyjściowym można sobie poradzić sposobów jest kilka, ale jest inny problem problem.
    Arduino ma 10-bitowy przetwornik (wbudowany w ATMEG'ę) ten przetwornik ma niezerowy błąd offsetu (max 2 LSB) - nie obejmiesz tym całego zakresu czujnika który zmienia rezystancję 4500 krotnie. Przykładowo jeśli dobierzemy rezystory tak żeby mieć początek zakresu na 2kΩ to koniec będzie na 2MΩ (zakładając że błędu offsetu nie ma) a do 9M jeszcze brakuje. Zakres dało by się poszerzyć "psując" linearyzację, co można później poprawić programowo.

    Jakiej rozdzielczości i jakiej dokładności potrzebujesz?.


    Co do samego napięcia to mierzyłem je miernikiem cyfrowym i nie zależy ono od rezystancji na sprzężeniu zwrotnym.

    W zasadzie to rozdzielczość 10bit efektywnie jest nawet wystarczająca, chociaż 11 - 12 byłoby lepiej. Natomiast częstotliwość próbkowania to tak 1kHz co najmniej (plus wielokanałowość, czyli możliwość przełączania np. po SPI czujników mam osiem - czyli albo wolniejszy odczyt wszystkich, albo szybszy odczyt po jednym). Ponoć są możliwości przyspieszenia przetwornika A/D w arduino, lecz trzeba pisać własne funkcje.

    Jeśli chodzi o górny zakres pomiarowy czyli najmniejszą rezystancję to empirycznie zauważyłem, że 3*2.7kOhm, daje pożądany zakres (dystrybutor czujki nie zauważył chyba jej kilku wersji), czyli minimalna oporowość to nie 2.7kOhm.

    Rozdzielczość Atmegi to około 5mv. I nawet wpadłem na pomysł jak się nie bawić specjalnie w stabilizacją konwertera za pomocą diody (oczywiście jak atmega będzie miała jakąś pojemność C, a musi mieć to może być gorzej) i mV-ały, zamiast używać wewnętrznego vref, użyć vref z konwertera DC (wtedy v_wyj = R1/R2V_ref, a odczytany stosunek w 10-bitowej skali to (1024*) val = v_wyj/v_ref, czyli val = R1/R2 !!!!!!) to o co mi chodziło :) ciekawe czy zadziała bez szumu, który teraz jest czasami widoczny na wykresie. Oczywiście trzeba odpowiednio połączyć plusy i minusy bo może wyjść -10V.

    Co do mierzenia wyjścia ze wzmacniacza, chyba mam parę podejrzeń dlaczego to jest 2.5mV (a nie 250uV):
    1. W zasadzie odłączyłem rezystor, a nie zwarłem styków wejściowych, więc mogła się pojawić mała różnica potencjałów i bardzo małe napięcie na wyjściu.
    2. Zostawiłem połączenie + <-> GND, nie wiem czy np. praca konwertera ładowanie kondensatorów (chociaż bez obciążenia powinny być pełne) nie powoduje małych wzrostów potencjału na GND, w końcu moje GND to nie idealne GND.
    3. Czujnik pozostawiony sam sobie prawie nie przewodzi prądu, więc mogło zajść 1 lub 2.

    Czy np. połączenie rezystorem R_x wejść wzmacniacza coś by dało, oczywiście wtedy V_wyj = -V_in(R_1/(R_x + R_2))?

    Nie znam się, więc z góry przepraszam za uprawianie herezji.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    I nawet wpadłem na pomysł jak się nie bawić specjalnie w stabilizacją konwertera za pomocą diody (oczywiście jak atmega będzie miała jakąś pojemność C, a musi mieć to może być gorzej) i mV-ały, zamiast używać wewnętrznego vref, użyć vref z konwertera DC (wtedy v_wyj = R1/R2V_ref, a odczytany stosunek w 10-bitowej skali to (1024*) val = v_wyj/v_ref, czyli val = R1/R2 !!!!!!) to o co mi chodziło :) ciekawe czy zadziała bez szumu, który teraz jest czasami widoczny na wykresie. Oczywiście trzeba odpowiednio połączyć plusy i minusy bo może wyjść -10V.

    Można tak zrobić, prawdopodobnie przydał by się filtr na wyjściu 7660, a referencję można zrobić drugim odwracającym wzmacniaczem.

    Cytat:
    Co do mierzenia wyjścia ze wzmacniacza, chyba mam parę podejrzeń dlaczego to jest 2.5mV
    Jest dwudziestokrotnie lepiej niż w nocie katalogowej, mało? oczekujesz cudów?

    Cytat:
    (a nie 250uV):
    Napięcie niezrównoważenia nie ma nic do minimalnego napięcia wyjściowego.
    Cytat:

    1. W zasadzie odłączyłem rezystor, a nie zwarłem styków wejściowych, więc mogła się pojawić mała różnica potencjałów i bardzo małe napięcie na wyjściu.
    jakbyś zwarł wejścia WO i niezrównoważenie było "nie w tą stronę" to będziesz miał na wyjściu znacznie więcej, może nawet nasycenie.

    Cytat:
    2. Zostawiłem połączenie + <-> GND, nie wiem czy np. praca konwertera ładowanie kondensatorów (chociaż bez obciążenia powinny być pełne) nie powoduje małych wzrostów potencjału na GND, w końcu moje GND to nie idealne GND.
    Spadki napięcia na przewodach masy bywają, ale w takim układzie, nie o tak dużej wartości.

    Pisałem wcześniej, diodą i rezystorem możesz zmniejszyć minimalne napięcie wyjściowe.