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 pomiar małych napięć

05 Lut 2014 15:10 4875 26
  • Poziom 14  
    Mam taki problem potrzebuje zmierzyć za pomocą Atmegii napięcie z przedziału 20 - 40mV. Poszukałem trochę i rozwiązaniem ma być wzmacniacz operacyjny nieodwracający. Zrobiłem układ i dobrałem elementy jak na schemacie. Potencjometrem zadaje taka wartość aby na Rx otrzymać 20mV to na wyjściu wg moich obliczeń powinienem mieć 2V (wzmocnienie układu 100) mam 4,16V. Druga próba nastawiam aby Rx miało spadek napięcie 30mV to na wyjściu dostaje też 4,16V. Czy ktoś może mi wytłumaczyć co robię źle i jak taki wzmacniacz zaprojektować?


    Wzmacniacz operacyjny pomiar małych napięć
  • Moderator Projektowanie
    TL08x nie nadaje się do pomiaru napięć Uwe bliskich zeru, nie pokaże też Uwy bliskich zeru przy tym zasilaniu niesymetrycznym.
    Czytaj https://circuits-io-datasheets.s3.amazonaws.c...7e8348e1e8146c7f5003b774fb1bb3b%2Ftl082-n.pdf
    Napięcie zasilania też za niskie
    TL08x trzeba by zasilać symetrycznie co najmniej ±10V - wtedy da radę, ale przy wzmocnieniu x100 dużą rolę odegra napięcie niezrównoważenia Vos, które da błąd na wyjściu rzędu kilkuset mV.
    To z kolei można skompensować, ale będzie "pływać" z temperaturą.
    Inaczej - można tu użyć LM324/ LM358 z zasilaniem niesymetrycznym min. 10V, ale Vos trzeba kompensować, i może ono pływać z temperaturą - nie znamy wymagań.
    Albo zastosuj stabilny WO z małym Vos, zasilanie symetryczne min. ±10V, np. http://www.tme.eu/pl/Document/877aa3d15fcea4b3eeeecbfe0a68a6ac/AD8510_8512_8513.pdf
  • Poziom 24  
    Przy tak małych napięciach mierzonych powinieneś albo użyć wzmacniacza rail-to-rail z jak najmniejszym wejściowym napięciem niezrównoważenia albo wzmacniacz zasilić napięciem symetrycznym.
    Dlaczego nie zastosujesz wbudowanego w ATmegę wzmacniacza? Możesz ustawić wzmocnienie 10x lub 200x (wtedy najlepiej dać dodatkowo dzielnik /2 na wejściu).
  • Poziom 14  
    Dzięki za odpowiedz.
    Układ ma kontrolować prąd silnika jednofazowego.W ten sposób że w małym przekładniku indukuje się właśnie to małe napięcie potem chce to wzmocnić we wspomnianym wzmacniaczu i do ADC mikro-kontrolera. Układ ma wykrywać progowo przeciążenie nie chodzi o ciągły pomiar dokładny. I do zasilania mam dostępne tylko jedynie 5V stabilizowane więc zasilanie pojedyncze jedynie wchodzi w grę.

    Dodano po 3 [minuty]:

    Ten wbudowany wzmacniacz co o nim piszesz to raczej komparator.
  • Poziom 24  
    Jaka to ATmega? Jeśli ma ADC to zapewne ma też wejścia różnicowe ze wzocnieniem (differential with optional gain), komparator to trochę coś innego.

    A jeśli chodzi o wykrywanie przeciążenia to dużo szybszym rozwiązaniem będzie wykorzystanie właśnie komparatora: na jedno wejście podajesz badany sygnał, na drugie napięcie odniesienia z dzielnika. W momencie przekroczenia dostajesz przerwanie od komparatora.
  • Moderator Projektowanie
    Więc użyj rail to rail - np. wybierz sobie coś z tych http://www.tme.eu/pl/katalog/#id_category=112...%2C804%2C400%2C375&used_params=804%3A43876%3B
    ale wybierz z jak najmniejszym Vos, i taki aby mógł rozwinąć na wyjściu 4V (Uwy=40mV x 100=4V) - patrz na parametr "Maximum Output Voltage Swing".
    Vos można kompensować powszechnie znanymi metodami - np. http://www.edw.com.pl/ea/crozukl005.html
    Swoją drogą - przecież +5V masz stabilizowane z jakiegoś źródła o wyższym napięciu - czyli jest dostępne?
    Czy to napięcie 20-40mV jest stałe? - czy przemienne?
  • Poziom 14  
    Wstępnie jest przemienne ale je wyprostuje i uśrednię więc zakładamy że stałe.

    Dodano po 2 [minuty]:

    Wyższe napięcie jest dostępne ale nie chce dawać drugiego stabilizatora bo mam mało miejsca na elementy. Musi być prosto i bez kombinacji.
  • Poziom 14  
    Teraz sobie tak pomyślałem jeszcze że tak małego napięcia nie wyprostuje zwykłym prostownikiem diodowym.Więc najpierw i tak muszę go wzmocnić a potem dopiero wyprostować. W takiej sytuacji może powinienem zastosować jakiś scalony układ przedwzmacniacza akustycznego. Coś w stylu takich jak do mikrofonów się używa. Czy ktoś może coś poradzić konkretnego z praktyki.?
  • Poziom 33  
    Witam
    Pierwszy błąd jaki popełniasz to obliczenie wzmacniacza, dla wzmacniacza nieodwracającego wzmocnienie wynosi 1+R2/R1.
    Drugi błąd to oczywiście wybór wzmacniacza, pomysły by zastosować wzmacniacze akustyczne też jest z gruntu zła. Wzmacniacz pomiarowy ma inne parametry niż ten stosowany do audio, najważniejsza różnica tych drugich polega na tym że płyną w czasie i pod wpływem zmian temperatury.
    Rozwiązanie jest proste MCP607, działa z jednym zasilaniem 5V i na dodatek bije dziesięciokrotnie parametrami stałoprądowymi popularny LM385.
    Następna zaleta tego wzmacniacza polega na tym że jest R2R.
    Jeśli chcesz prostować to zobacz hasło prostownik idealny.
    Piotr
  • Poziom 33  
    Witam
    .... więc przez dzielnik pojawi się lekki minusik na wyjściu.
    Podejrzewam że pojawienie się ujemnego napięcia na wejściu zepsuje parametry czasowe wzmacniacza więc prostować trzeba.
    Jeśli dzielnik będzie składał się z relatywnie małych rezystorów ( przy dużych drastycznie spada pasmo przenoszenia ) to można uszkodzić wejście procesora.
    Piotr
  • Poziom 29  
    Ja bym nie prostował sygnału. Dałbym na wejściu wzmacniacz nieodwracający, niekoniecznie rail-to-rail, podparty sztuczną masą (jeżeli wyjście przekładnika nie jest połączone galwanicznie z masą mikrokontrolera).
    Mierząc za pomocą ADC napięcie peak-to-peak nie interesuje cię składowa DC, offset wprowadzany przez wzmacniacz operacyjny będzie zniwelowany.

  • Poziom 17  
    Ja bym zrobił tak jak pisze lelekx, ale jednak dał bym wzmacniacz rail to rail. Poniżej masz przykład jak mógłbyś to zrobić (z symbolem przykładowego wzmacniacza). Dzielnik napięciowy R1 R2 należy dobrać tak by napięcie na R2 było równe (albo lepiej nieco większe) maksymalnej amplitudzie na wyjściu przekładnika prądowego. Dodatkowo możesz dać równolegle z wyjściem przekładnika jakiś np. transil dwukierunkowy, na wypadek pojawienia się szpilek, co by nie załatwić sobie wzmacniacza, lub możesz dać filtr dolnoprzepustowy RC pomiędzy wyjście przekładnika a wejście ADC procka (a najlepiej to i to). Wzmocnienie rezystorami R3, R4 dobrać tak, by na wyjściu wzmacniacza było około połowy napięcia odniesienia przy zerowym napięciu na przekładniku (czyli jak prąd przez niego nie płynie). Oczywiście wzmacniacz, taki jak podał PiotrPitucha ma jeszcze mniejszy offset,
    Wzmacniacz operacyjny pomiar małych napięć
  • Specjalista elektronik
    Do prostowania trzeba użyć wzmacniacza operacyjnego - przecież dioda nie wyprostuje nawet 40mV (no, może dioda odwrócona, ale nie wiem, czy takie znajdziesz, a i ona będzie działać bardzo nieliniowo). A układ prostownika ze wzmacniaczem świetnie sobie z takim napięciem poradzi i da na wyjściu napięcie stałe znacznie większe. Można pokombinować z użyciem drugiego wzmacniacza operacyjnego, np. do wzmocnienia sygnału po wyprostowaniu, żeby na ADC podać duży sygnał. A dwa wzmacniacze operacyjne mieszczą się w obudowie 8-pinowej, tak samo jak jeden, więc miejsca się dużo nie straci.

    Przekładnik pozwala łatwo uzyskać dużo większe napięcie, ale jego wadą są rozmiary - zajmie więcej miejsca, niż kilkanaście innych elementów. Gdyby napięcie wejściowe było DC, należałoby użyć wzmacniacza o małym napięciu niezrównoważenia - specjalnie do tego zaprojektowano ICL7650, o typowym napięciu niezrównoważenia 1uV (i jest to chyba jedyny łatwo dostępny układ tego typu); jeśli napięcie zasilania nie wystarcza dla ICL7650, to jest ICL7660, który dostarcza dodatkowego napięcia (np. podwaja napięcie, albo robi ujemne z dodatniego; niestety wymaga paru kondensatorów - zajmą trochę miejsca).
  • Specjalista elektronik
    Jeśli podasz napięcie zmienne na wejście bez polaryzacji, licząc na to, że WO wzmocni tylko dodatnie półfale, to będzie duży problem z napięciem niezrównoważenia - ono będzie przesuwać próg "dodatniego" i przez to fałszować pomiar. Już raczej ma sens wzmocnienie napięcia zmiennego tak, by mieściło się w zakresie napięć wyjściowych WO i podanie go na ADC w Atmedze - tylko trzeba przetwarzać sygnał z taką częstotliwością, żeby zebrać kształt napięcia zmiennego i móc dopasować sinusoidę i wyliczyć jej amplitudę.
  • Moderator Projektowanie
    Przecież autor pisał:
    konstruktor_123456 napisał:
    Układ ma wykrywać progowo przeciążenie nie chodzi o ciągły pomiar dokładny.

    Dlatego nie obawiam się tu o błędy spowodowane Vos.
    Poza tym to przecież przekładnik - więc praktycznie dla prądu stałego to zwarcie wejścia do masy - polaryzacja wejścia zapewniona..
  • Specjalista elektronik
    Tylko jeśli może wyjść błąd tego progu na poziomie kilkunastu %, to może to trochę przeszkadzać. Chyba, że użyje się WO o małym napięciu niezrównoważenia. A nie jest to potrzebne, jeśli w obwodzie sprzężenia zwrotnego umieści się diodę prostującą sygnał. Może nawet pojedynczy tranzystor z tak podłączoną diodą dałby lepsze wyniki, niż podłączenie WO tak, by wzmacniał "półfale"?
  • Moderator Projektowanie
    Polaryzacja jest zapewniona przez uzwojenie przekładnika. Zresztą można wstawić opornik. Tak, że o tym nie ma co mówić.
    Natomiast w ogóle Vos ( o ile w ogóle ma znaczenie- np. przy Vos=10mV przy wzmocnieniu x100) - o tym przecież pisano wyżej - albo WO precyzyjny, albo kompensacja, albo jedno i drugie.
    Wszystko to w kontekście braku konieczności prostowania.
  • Moderator Projektowanie
    konstruktor_123456 napisał:
    Układ ma kontrolować prąd silnika jednofazowego.W ten sposób że w małym przekładniku indukuje się właśnie to małe napięcie potem chce to wzmocnić we wspomnianym wzmacniaczu i do ADC mikro-kontrolera. Układ ma wykrywać progowo przeciążenie nie chodzi o ciągły pomiar dokładny. I do zasilania mam dostępne tylko jedynie 5V stabilizowane więc zasilanie pojedyncze jedynie wchodzi w grę.

    Przekładnik już jest.
    Dlaczego muszę co rusz cytować autora?
  • Specjalista elektronik
    Ale daje małe napięcie, bo musiał być mały, i to powoduje problemy. A pomysł z "prostowaniem" na zasadzie, że wzmacniacz operacyjny obcina przebieg z jednej strony, oznacza prostowanie na nieliniowości charakterystyki wzmacniacza - tylko z tą nieliniowością różnie może być, a nawet, jak jest "ostra", to może mieć przesunięcie o kilka miliwoltów (napięcie niezrównoważenia) i trzeba to regulować. Tymczasem użycie do prostowania diody umieszczonej w obwodzie sprzężenia zwrotnego daje obcięcie w zerze z precyzją do ułamka miliwolta bez potrzeby regulacji.
  • Moderator Projektowanie
    _jta_ napisał:
    Tymczasem użycie do prostowania diody umieszczonej w obwodzie sprzężenia zwrotnego daje obcięcie w zerze z precyzją do ułamka miliwolta bez potrzeby regulacji.

    I napięcie niezrównoważenia nie gra roli?
    Odgrywa rolę identyczną - niezależnie od tego czy prostujemy czy nie. I dlatego dziwię się, że z takim uporem ten wpływ tu ciągle przywołujesz.
    Podobnie jak i inne zjawiska wyciągane jak "królik z kapelusza" - ostatnie to sugerowanie, że to ja proponuję przekładnik
    _jta_ napisał:
    Dioda zajmuje dużo mniej miejsca od przekładnika...

    oraz
    _jta_ napisał:
    A pomysł z "prostowaniem" na zasadzie, że wzmacniacz operacyjny obcina przebieg z jednej strony, oznacza prostowanie na nieliniowości charakterystyki wzmacniacza - tylko z tą nieliniowością różnie może być, a nawet, jak jest "ostra", to może mieć przesunięcie o kilka miliwoltów (napięcie niezrównoważenia) i trzeba to regulować.

    Nie będę pytał co to jest ta "nieliniowość", przypomnę tylko że pomiar ma być zgrubny, układ prosty - o czym ciągle zapominasz (?), o napięciu niezrównoważenia powiedziano tu już wszystko.
    Ta dyskusja już mnie znudziła, a autora tematu chyba dawno, zapewne już ma układ gotowy.