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

Dobór wzmacniacza do pomiaru napięcia

28 Kwi 2020 11:14 390 19
  • Poziom 3  
    Chcę zrobić woltomierz mierzący napięcie w zakresie 3.5-4.5V
    Napięcie będzie trafiać na wejście ADC układu STM (max 2.5V na ADC).

    Chcę dopasować wzmacniacz operacyjny, który umożliwi mi jak najlepszy pomiar i zastąpi straty na ADC (ok 0.05V) i zwiększy zakres detekcji.

    Znalazłem schemat takiego integratora.
    Czy ktoś mógłby pomóc mi go wyliczyć?
    Jakie wartości komponentów dobrać i jakie wzory będą tu adekwatne.
    Ciężko mi dopasować całość do mojego przypadku.

    Dobór wzmacniacza do pomiaru napięcia
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • Specjalista elektronik
    Przede wszystkim, od mierzonego napięcia trzeba odjąć jakąś stałą - potrzebujesz wzorca napięcia. Jeśli dopuszczalne jest odwrócenie kierunku zmian (np. 4,5V -> 0,5V, 3,5V -> 2,5V), to mam wrażenie, że można to zrobić na TL431 (potrzebne będzie przesunięcie napięcia na wyjściu, np. przy użyciu LED).
  • Poziom 3  
    Nie do końca wiem jak się za to zabrać i do czego potrzebny jest wzorzec

    Dodano po 16 [minuty]:

    Początkowo chciałem zrobić wysoko-impedancyjny dzielnik napięcia 1/2, który dawałby sygnał na pin ADC
    Znalazłem informację, że lepiej użyć wzmacniacza operacyjnego.
    Nie wiem jak zastosować go w moim wypadku, kiedy mam do pomiaru max 4,5V DC

    Czy mogę zastosować coś takiego?
    Dobór wzmacniacza do pomiaru napięcia

    Brałem pod uwagę, że Uwy=1/RC*Uwe
  • Poziom 40  
    Maciek267 napisał:
    Chcę zrobić woltomierz mierzący napięcie w zakresie 3.5-4.5V
    Jaką rezystancje wejściową ma mieć ten woltomierz ?
    Może wysoko-impedancyjny dzielnik nie jest potrzebny.
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • Specjalista elektronik
    Maciek267 napisał:
    Nie do końca wiem jak się za to zabrać i do czego potrzebny jest wzorzec

    To zależy, z jaką rozdzielczością chcesz mierzyć to napięcie: jeśli zadowolisz się tym, że dzielnik 2:1 przerobi zakres 3,5V-4,5V na 1,75V-2,25V i to zmierzysz używając ADC (i wykorzystując 20% jego zakresu), to wzorca nie potrzebujesz; ale jak chcesz, żeby z zakresu 3,5V-4,5V zrobił się zakres o szerokości 2V podany na ADC, żeby mieć 4x lepszą rozdzielczość, to wzorzec napięcia będzie potrzebny.

    Hm... proste zastosowanie TL431: odejmujemy 2,5V od napięcia wejściowego - czyli z zakresu 3,5V-4,5V robimy 1V-2V; w tym celu podłączamy go w układzie takim, jak wtórnik emiterowy (abstrahując od faktu, że końcówki TL431 inaczej się nazywają, on działa jak tranzystor NPN, o napięciu baza-emiter 2,5V i bardzo dużym wzmocnieniu - czyli "baza" do mierzonego napięcia, "emiter" do ADC, "kolektor" do +5V; ponieważ on ma duży "prąd zerowy", potrzebuje opornika 1k "emiter"-masa).

    To, co narysowałeś, nie jest dzielnikiem i nie będzie działać.
  • Poziom 3  
    Przepraszam, jestem początkującym laikiem. Nie wiem jaką powinien mieć.
    Chodziło mi o zwykły pomiar napięcia max 4.5V przy użyciu wzmacniacza, ale widzę, że to jednak dużo bardziej skomplikowana sprawa niż myślałem
  • Poziom 40  
    _jta_ napisał:
    Hm... proste zastosowanie TL431: odejmujemy 2,5V od napięcia wejściowego - czyli z zakresu 3,5V-4,5V robimy 1V-2V; w tym celu podłączamy go w układzie takim, jak wtórnik emiterowy (abstrahując od faktu, że końcówki TL431 inaczej się nazywają, on działa jak tranzystor NPN, o napięciu baza-emiter 2,5V i bardzo dużym wzmocnieniu - czyli "baza" do mierzonego napięcia, "emiter" do ADC, "kolektor" do +5V; ponieważ on ma duży "prąd zerowy", potrzebuje opornika 1k "emiter"-masa).

    Narysuj schemat wg. tego opisu na kartce.
    Sfotografuj telefonem i wstaw na forum
    Zapytaj kolegę jta czy dobrze narysowałeś.
  • Poziom 3  
    Napięcie na baterii z zakresu 3V - 4,5V
  • Poziom 40  
    _jta_ napisał:
    CYRUS2 - to ma być schemat wtórnika emiterowego (ang. emitter follower), jest tego mnóstwo w sieci, w tym w Wikipedii.
    Autor jest początkujący i schematu nie narysuje.
  • Poziom 3  
    Czytam i staram się zrozumieć o co chodzi. Chwilowo rodzi mi się więcej pytań niż odpowiedzi, dlatego nie wstawiam żadnej propozycji schematu
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Preferuje rozwiązania najprostsze, z tych które spełniają wymagania.

    Dzielnik jest najprostszy, często wystarczy sam dzielnik, czasem przydatny jest kondensator na wyjściu dzielnika, albo do ograniczenia zakłóceń przychodzących z zewnątrz, albo kiedy ADC pobiera prąd impulsowo (pojemność w S&H), jeśli wymagana jest duża rezystancja wejściowa i/lub mała wyjściowa (zależne od ADC) stosujemy dzielnik jednym lub dwoma wtórnikami.

    Dzielnik przez dwa da ci zakres 0-5V, jeśli chciał byś zawęzić zakres pomiaru i poprawić rozdzielczość, to można stosować bardziej skomplikowane układy odejmowania i skalowania na wzmacniaczach operacyjnych.

    Dodano po 4 [minuty]:

    Maciek267 napisał:
    Czytam i staram się zrozumieć o co chodzi. Chwilowo rodzi mi się więcej pytań niż odpowiedzi, dlatego nie wstawiam żadnej propozycji schematu
    Bo koledzy zabrali sie za przykłady implementacji swoich pomysłów zamiast ustalić co jest naprawdę potrzebne.

    Maciek267 napisał:
    Napięcie na baterii z zakresu 3V - 4,5V
    Jeśli twoim celem jest pomiar napięcia baterii to nie prawdą jest że potrzebujesz:
    Maciek267 napisał:
    Chcę dopasować wzmacniacz operacyjny, który umożliwi mi jak najlepszy pomiar i zastąpi straty na ADC (ok 0.05V) i zwiększy zakres detekcji.
    Nie wiem też co rozumiesz przez straty na ADC, co rozumiesz przez zakres detekcji i co to znaczy najlepszy pomiar, pomiary można robić bardzo dokładnie ale to kosztuje, dlatego najczęściej robimy pomiary z dokładnością która jest wystarczająca w danym zastosowaniu, jakie ty masz oczekiwania, czy sam ADC i jego referencja mają wystarczającą dokładność do twoich zastosowań? sprawdzałeś jakie one są?

    Maciek267 napisał:
    Początkowo chciałem zrobić wysoko-impedancyjny dzielnik napięcia 1/2, który dawałby sygnał na pin ADC
    Znalazłem informację, że lepiej użyć wzmacniacza operacyjnego.
    Początkujący często wpadają w taką pułapkę, że im bardziej złożony układ, tym musi być lepszy, że lepiej użyć wzmacniacza o wzmocnieniu <1 niż dzielnika, że filtr aktywny jest zawsze lepszy niz pasywny, a to nie prawda.
  • Pomocny post
    Poziom 40  
    [quote="jarek_lnx"]Dzielnik przez dwa da ci zakres 0-5V
    Cytat:
    Ale tylko bedzie mierzył napięcia dodatnie.
    [quote="Maciek267"]Chcę dopasować wzmacniacz operacyjny, który umożliwi mi jak najlepszy pomiar i zastąpi straty na ADC (ok 0.05V) i zwiększy zakres detekcji.
    jarek_lnx napisał:
    Nie wiem też co rozumiesz przez straty na ADC
    Przetwornik nie mierzy od zera względem bieguna zasilania. Ma margines względem każdego bieguna zasilania.
    Chcąc to wyeliminować, konieczny jest wzmacniacz operacyjny z przesunięciem poziomu.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    CYRUS2 napisał:
    Przetwornik nie mierzy od zera względem bieguna zasilania. Ma margines względem każdego bieguna zasilania.
    Chcąc to wyeliminować, konieczny jest wzmacniacz operacyjny z przesunięciem poziomu.

    Akurat przy pomiarze napięcia w zakresie 3,0V-4,5V poprzez dzielnik 2:1 to nie ma znaczenia. Pewnie STM ma zasilanie 3,3V i jego ADC mierzy np. od 0,03V do 2,5V (równo, a może nawet 2,559V, i granicą nie jest zasilanie, a maksymalny wynik 4095, bo '1' = 0,625mV) - poprzez dzielnik 2:1 będzie mierzyć od 0,06V do 5,118V.

    Samo przesunięcie o 2,5V przy użyciu TL431 dałoby zakres np. od 3,0V (to zależy od opornika) do 5,0V, i 2x lepszą rozdzielczość, ale niekoniecznie lepszą dokładność - trzeba by zbadać, na ile dokładne jest to ADC i jego wzorzec napięcia, na ile stabilne TL431 (gdzieś na forum zamieściłem wykresy z testowania TL431, które pokazało, jak jego napięcie zależy od temperatury, i że da się go użyć jako termometru - umieściłem to w dziale Hyde Park, ale ktoś to przeniósł; nie wiem, może trafiłem na taki egzemplarz wrażliwy na temperaturę?).
  • Pomocny post
    Poziom 40  
    _jta_ napisał:
    Akurat przy pomiarze napięcia w zakresie 3,0V-4,5V poprzez dzielnik 2:1 to nie ma znaczenia.
    Autor tego oczekuje. Ma prawo chceć "cieszyć oko" lepszym układem.
    _jta_ napisał:
    Samo przesunięcie o 2,5V przy użyciu TL431 dałoby zakres..........
    Nie pisz o tym czego niema.
    Post # 5. Jak narysujesz schemat ideowy to się okaże czy to ma szanse działania.
  • Poziom 3  
    Po pierwsze dziękuję za zaangażowanie.

    Na tyle na ile udało mi się przemyśleć sprawę i doczytać:

    _jta_ napisał:
    Przetwornik nie mierzy od zera względem bieguna zasilania. Ma margines względem każdego bieguna zasilania.
    Chcąc to wyeliminować, konieczny jest wzmacniacz operacyjny z przesunięciem poziomu.


    O ile dobrze rozumiem, zakładając, że wszystkie wyniki poniżej 3V mnie nie interesują, nie potrzebuję w tym wypadku przesunięcia poziomu do 0. Z tego co rozumiem, przy użyciu dzielnika napięć, podczas pomiaru będzie wykrywana różnica napięć o 0,625mV??

    _jta_ napisał:
    Pewnie STM ma zasilanie 3,3V i jego ADC mierzy np. od 0,03V do 2,5V

    Nie mogłem znaleźć w nocie katalogowej dokładnego zakresu napięć jakie można dać na ADC. Na jakiej podstawie był szacowany zakres 0,03V do 2,5V?
    Znalazłem jedynie informacje:
    Napięcie odniesienia wynosi 2.4 - 3.3V (napięcie zasilania STM)
    Prąd na wejściu wynosi od 160 do 220 uA
    Impedancja wejściowa wynosi 50kOhm


    CYRUS2 napisał:
    Autor tego oczekuje. Ma prawo chceć "cieszyć oko" lepszym układem.

    Widzę, że istnieje rozwiązanie, które może mi dać wiarygodniejsze wyniki. (chociaż, jeśli faktycznie z dzielnikiem napięć będzie można wykryć różnicę rzędu 0,625mV, to wystarczy). Staram się z nim zapoznać, chociaż bez przykładu dostosowanego do "moich" warunków ciężko mi to pojąć. Nie chcę odrzucić opcji tylko dlatego, że nie wiem jak ją u siebie zastosować. Jeśli zrobienie schematu dla kogoś zaawansowanego nie jest problematyczne, to prosiłbym o pomoc.
  • Pomocny post
    Poziom 38  
    Ma kolega rozdzielczość pomiaru na poziomie 625uV czyli do baterii aż nadto.

    Wiele zależy od tego, jakie ma kolega wymagania co do obwodu.
    Czy ma być to pomiar precyzyjny czy bardziej zgrubny ?
    Jaki jest dopuszczalny pobór prądu ?
    Wymagania co do wymiarów czy skomplikowania ?

    Jak to ma być pomiar zgrubny to dzielnik rezystancyjny spokojnie wystarczy.
    Dopiero przy bardziej precyzyjnym pomiarze użyłbym wzmacniacza operacyjnego.
    I to jakiegoś nieco lepszego jak np. OP07 (napięcie niezrównoważenia 150uV)
  • Pomocny post
    Poziom 40  
    Kolego Maciek 267. Popraw post.
    Przypisałeś mi teksty których nie napisałem.
    Wystarczy usunąć [quote="CYRUS2"]

    [quote="_jta_"]
    CYRUS2 napisał:
    Przetwornik nie mierzy od zera względem bieguna zasilania. Ma margines względem każdego bieguna zasilania.
    Ja tego nie napisałem tylko kolega jta.

    [quote="_jta_"]
    CYRUS2 napisał:
    granicą nie jest zasilanie, a maksymalny wynik 4095, bo '1' = 0,625mV
    Ja tego nie napisałem tylko kolega jta.
    CYRUS2 napisał:
    ADC mierzy np. od 0,03V do 2,5V
    Ja tego nie napisałem tylko kolega jta.

    _jta_ napisał:
    Zwłaszcza, że autor nie poprosił o schemat.
    Teraz poprosił.
    Maciek267 napisał:
    . Jeśli zrobienie schematu dla kogoś zaawansowanego nie jest problematyczne, to prosiłbym o pomoc.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Maciek267 napisał:
    Z tego co rozumiem, przy użyciu dzielnika napięć, podczas pomiaru będzie wykrywana różnica napięć o 0,625mV??

    No, nie całkiem. Po pierwsze dzielnik - na jego wejściu będzie 2x więcej. Po drugie, nieliniowość ADC, zwłaszcza różniczkowa (to trzeba by sprawdzić w nocie katalogowej) - "działki" ADC nie wychodzą równo co 625uV, to byłby ideał, ale rzeczywistość nie jest ideałem.

    Jeśli napięciem odniesienia jest napięcie zasilania, to te "działki" mogą być średnio np. około 800uV (3,3V napięcia zasilania / 4095) - pewnie to jest gdzieś opisane, do tych STM-ów jest dużo dokumentacji, i trudno jest nawet zebrać to wszystko, a cóż dopiero przeczytać i znaleźć co istotne. Tylko - to będzie ważne - trzeba mieć dobrze stabilizowane napięcie zasilania, bo jego zmiana spowoduje zmianę odczytu ADC.

    Przy impedancji wejściowej 50k trzeba się liczyć z tym, że jeśli dzielnik będzie miał spory opór, to prąd wejściowy ADC wpłynie na napięcie na dzielniku i przez to na wynik pomiaru (np. dla dzielnika z 2 oporników 10k błąd tym spowodowany może być około 9%; dla 1k 1%); zastosowanie wzmacniacza operacyjnego na wyjściu dzielnika, albo (lepiej w tym przypadku) wtórnika na TL431 wyeliminuje ten błąd.

    Do tego 50k nie pasuje prąd wejściowy około 200uA - 50k*200uA=10V. Sprawdziłem w nocie katalogowej: prąd typowy 160uA, maksymalny 220uA to jest prąd V_REF; 50k to maksymalna impedancja źródła mierzonego napięcia, a nie impedancja wejścia ADC - ta druga jest dużo większa, więc dzielnik z oporników po kilkadziesiąt k jak najbardziej może być (to zależy od szybkości). V_REF może być odrębne dla układów z większą ilością nóżek (TFBGA64 ma odrębny pin V_REF+, 100-pinowe także odrębny V_REF-, pozostałe mają V_REF+ połączony z V_DDA, V_REF- z V_SSA). Podają, że maksymalny błąd to +-2 działki w temperaturze 25°C, +-5 w pełnym zakresie, przy impedancji źródła 10k.