Если у меня изменится отрицательное питание, то изменится и положительное, потому что оно получается через трансформатор. А это значит, что единственный способ сделать постоянное однополярное напряжение - поставить еще один источник :)
Если изменится и положительное питание, то оно никак не повлияет на изменение выходного напряжения, т.е. не компенсирует изменение отрицательного (изменение в разумных пределах естественно). Отрицательное напряжение на Rдел1, это по сути Uвх номер два.
Итак, задание. Есть входной сигнал в диапазоне -0,45...+0,45 В. Его нужно усилить и "привести" к диапазону 0...+5 В (для дальнейшего АЦ преобразования). Беру уровни входного сигнала с запасом, т.е. -0,5...+0,5 В. Уровни выходного сигнала напротив, уменьшаю, т.к. ОУ при работе на краях диапазона питания может работать не линейно: Uвых = +0,5...+4,5 В. Следовательно коэффициент усиления Ку = (4,5-0,5)/(0,5- (-,05)) = 4/1 = 4. Приняв входное сопротивление усилителя равным 10 кОм получаю, что Rвх = 10 кОм, а Rос = Ку*Rвх = 4*10000 = 40 кОм. Из типового ряда номиналов резисторов выбираю Rос = 43 кОм. Итого ожидаемый коэффициет усиления Ку = - Rос/Rвх = -43000/10000 = -4,3 раза. Знак минус говорит о том, что входной сигнал при усилении инвертируется. Это расчёты касаемые коэффициента усиления.
Теперь нужно сместить выходное напряжение так, что бы оно попало в диапазон работы АЦП микроконтроллера. Т.е. при Uвх = 0 В Uвых должно быть равно +2,5 В. Когда Uвых = 0 В, ток протекающий через резисторы Rос и Rвх составляет Iос_вх = 2,5/(Rос + Rвх) = 2,5/(43000+10000)= 4,716981132075E-5 А. Следовательно на резисторе Rвх "упадёт" напряжение U = Rвх*Iос_вх = 10000*4,716981132075E-5 = =0,4716981 В. Знать это напряжение нужно для того, что бы обеспечить такое же напряжение на неинвертирующем входе ОУ (на плюсовой обкладке конденсатора С1). Следовательно падение напряжения на резисторе R2 должно равняться U = 0,4716981 В. Принимая R2 равным 10 кОм (чем меньше разнономинальных деталей в схеме, тем лучше -> типизация), получается, что на резиторе R1 должно "остаться" напряжение 5 - 0,4716981 = 4,5283 В. Значит сопротивление резитора R1 = (5-U)/(U/R2) = (5-0,4716981)/(0,4716981/10000) = 96000,002968 Ом. Такого номинала в ряду резисторов нет, поэтому выбираю R1 равным 100 кОм. Следовательно напряжение на неинвертирующем выводе ОУ будет равно 5*10000/(100000+10000) = 0,454545. Какое же напряжение Uвых будет при реальных R1 = 100 кОм, R2 = 10 кОм и Uвх = 0 В? Ток протекающий через Rос и Rвх один и тот же, а на Rвх получится напряжение 5*10000/(100000+10000) = 0,454545 В. Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rос -> Uвых = 0,454545+(0,454545*Ку) = 0,454545* (1+Ку) = 0,454545*5,3 = 2,4090885 В. Как видно из расчёта, ожидаемый результат с реальными резисторами вполне приемлем. Что бы уменьшить влияние помех проникающих через неинвертирующий вход ОУ, нужно "зашунтировать" по переменному току вывод 3 ОУ. Для этого установлен конденсатор С1. Его сопротивлени на частоте 50 Гц: Хс = 1/(С*2*pi*f) = 1/(С*2*3.14*50). При ёмкости 10 мкФ получаю Хс = 1/(0,00001*2*3,14*50) = 318,4713375796 Ом, что много меньше чем R2. Конденсатор С2 желателен для уменьшения помех идущих по цепи питания. Применяю керамику, пусть 0,1 мкФ (как в цифрвых схемах). Можно ещё говорить о учитывании влияния входных токов ОУ, других дестабилизирующих факторов, но это я пропускаю ввиду неглубоких собственных знаний в этом. Замечания о применяемом ОУ. Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), то нужно применить усилитель с архитектурой Rail-to-Rail Input/Output (Rail to Rail Operational Amplifiers). Иначе неизбежны ошибки при усилении.
Вижу некоторые опечатки, но подредактировать не могу - "Доступ запрещён". В частности в строке "Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rос -> Uвых....." надо читать "Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rвх -> Uвых.....".
Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), то нужно применить усилитель с архитектурой Rail-to-Rail Input/Output (Rail to Rail Operational Amplifiers).
ОУ сделаны именно для малых сигналов.... а Rail-to-Rail просто может выдать на выход от почти -питание до +питание ОУ, другие дадут на выходе от ( -питание+1...2V ) до ( +питание-1...2V )
Поясню свою мысль. Под выражением "...Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), ..." следует понимать, что речь идёт о входных напряжениях близких к 0 Вольти при условии, что ОУ запитывается только положительным напряжением. Запитки от отрицательного источника нет.
Поставил плюс за рассчёты, но я и без них сразу понял что чтобы при входном - 0.5 вольта получить на выходе 0 Вольт нужно на неинвертирующий вход подать +0.5 вольта с делителя.
ИМХО. может я не заметил в постах, но R1 (пост 55) нужно "посадить" на ИОН для стабильности, иначе схема "поплывет" по питанию. На сколько я понял, расчет на пределе точности, так и АЦП к ИОНу нужно привязывать, хотя, для бумажного расчета, можно простить.
Ещё плюс за однополярное питание! Опору , конечно лучьше на 431-ом делать, хотя и 5 Вольт с внешнего( не Ардуиновского )импульсника вроде не плохо держатся, не знаю как по температуре, но для 2596 при его 2-ух Амперах Ардуина не нагрузка, от слова совсем
Если практика покажет уходы выходного напряжения от нестабильности напряжения на R2, то можно R1 подключить к опорному напряжению (TL431). А можно вместо R1 применить генератор тока. Сложности нет.
Детальная разработка и почти готовый проект упёрся в довольно хитрый фактор — это было бесполезно. Был выбран другой входной сигнал, где напряжение и так положительное. Спасибо за помощь, было интересно :)
Можно так сделать, у меня тут сжимает с датчика -10...10В для однополярной АЦП на 0.4..4.4В(под свои нужды пересчитать немного). 0В на входе - 2.4В на входе АЦП
привет, расскажи как схема работает и как рассчитывать на нужный диапазон напряжения?
Можно так сделать, у меня тут сжимает с датчика -10...10В для однополярной АЦП на 0.4..4.4В(под свои нужды пересчитать немного). 0В на входе - 2.4В на входе АЦП
собрал схему в протеусе нго чтото не то на выходе получается. не могу понять в чем дело. пробовал другой источник ставить и тоже самое
У меня и так двухпоялрное питание на Устройств, поэтому и взял не мешкаясь ОУ. Но для общего развития будет интересно посмотреть ;)
В Вашей схеме отрицательное напряжение используется для смещения ОУ, следовательно изменения этого напряжения будут влиять и на выходное напряжение.
Если у меня изменится отрицательное питание, то изменится и положительное, потому что оно получается через трансформатор. А это значит, что единственный способ сделать постоянное однополярное напряжение - поставить еще один источник :)
Если изменится и положительное питание, то оно никак не повлияет на изменение выходного напряжения, т.е. не компенсирует изменение отрицательного (изменение в разумных пределах естественно). Отрицательное напряжение на Rдел1, это по сути Uвх номер два.
Итак, задание. Есть входной сигнал в диапазоне -0,45...+0,45 В. Его нужно усилить и "привести" к диапазону 0...+5 В (для дальнейшего АЦ преобразования). Беру уровни входного сигнала с запасом, т.е. -0,5...+0,5 В. Уровни выходного сигнала напротив, уменьшаю, т.к. ОУ при работе на краях диапазона питания может работать не линейно: Uвых = +0,5...+4,5 В. Следовательно коэффициент усиления Ку = (4,5-0,5)/(0,5- (-,05)) = 4/1 = 4. Приняв входное сопротивление усилителя равным 10 кОм получаю, что Rвх = 10 кОм, а Rос = Ку*Rвх = 4*10000 = 40 кОм. Из типового ряда номиналов резисторов выбираю Rос = 43 кОм. Итого ожидаемый коэффициет усиления Ку = - Rос/Rвх = -43000/10000 = -4,3 раза. Знак минус говорит о том, что входной сигнал при усилении инвертируется. Это расчёты касаемые коэффициента усиления.
Теперь нужно сместить выходное напряжение так, что бы оно попало в диапазон работы АЦП микроконтроллера. Т.е. при Uвх = 0 В Uвых должно быть равно +2,5 В. Когда Uвых = 0 В, ток протекающий через резисторы Rос и Rвх составляет Iос_вх = 2,5/(Rос + Rвх) = 2,5/(43000+10000)= 4,716981132075E-5 А. Следовательно на резисторе Rвх "упадёт" напряжение U = Rвх*Iос_вх = 10000*4,716981132075E-5 = =0,4716981 В. Знать это напряжение нужно для того, что бы обеспечить такое же напряжение на неинвертирующем входе ОУ (на плюсовой обкладке конденсатора С1). Следовательно падение напряжения на резисторе R2 должно равняться U = 0,4716981 В. Принимая R2 равным 10 кОм (чем меньше разнономинальных деталей в схеме, тем лучше -> типизация), получается, что на резиторе R1 должно "остаться" напряжение 5 - 0,4716981 = 4,5283 В. Значит сопротивление резитора R1 = (5-U)/(U/R2) = (5-0,4716981)/(0,4716981/10000) = 96000,002968 Ом. Такого номинала в ряду резисторов нет, поэтому выбираю R1 равным 100 кОм. Следовательно напряжение на неинвертирующем выводе ОУ будет равно 5*10000/(100000+10000) = 0,454545. Какое же напряжение Uвых будет при реальных R1 = 100 кОм, R2 = 10 кОм и Uвх = 0 В? Ток протекающий через Rос и Rвх один и тот же, а на Rвх получится напряжение 5*10000/(100000+10000) = 0,454545 В. Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rос -> Uвых = 0,454545+(0,454545*Ку) = 0,454545* (1+Ку) = 0,454545*5,3 = 2,4090885 В. Как видно из расчёта, ожидаемый результат с реальными резисторами вполне приемлем. Что бы уменьшить влияние помех проникающих через неинвертирующий вход ОУ, нужно "зашунтировать" по переменному току вывод 3 ОУ. Для этого установлен конденсатор С1. Его сопротивлени на частоте 50 Гц: Хс = 1/(С*2*pi*f) = 1/(С*2*3.14*50). При ёмкости 10 мкФ получаю Хс = 1/(0,00001*2*3,14*50) = 318,4713375796 Ом, что много меньше чем R2. Конденсатор С2 желателен для уменьшения помех идущих по цепи питания. Применяю керамику, пусть 0,1 мкФ (как в цифрвых схемах). Можно ещё говорить о учитывании влияния входных токов ОУ, других дестабилизирующих факторов, но это я пропускаю ввиду неглубоких собственных знаний в этом. Замечания о применяемом ОУ. Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), то нужно применить усилитель с архитектурой Rail-to-Rail Input/Output (Rail to Rail Operational Amplifiers). Иначе неизбежны ошибки при усилении.
Итого: R1 = 100 кОм, R2 = 10 кОм, Rвх = 10 кОм, Rос = 43 кОм, С1 = 10 мкФ 10 В (электролитический), С2 = 0,1 мкФ 10 В (керамический), ОУ А1 = Rail-to-Rail Input/Output.
Великолепно! Были бы у нас преподы в институте такие, глядишь, жить бы стало проще :)
Вижу некоторые опечатки, но подредактировать не могу - "Доступ запрещён". В частности в строке "Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rос -> Uвых....." надо читать "Значит на Rос напряжение в Ку = 4,3 раза больше чем на Rвх -> Uвых.....".
Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), то нужно применить усилитель с архитектурой Rail-to-Rail Input/Output (Rail to Rail Operational Amplifiers).
ОУ сделаны именно для малых сигналов.... а Rail-to-Rail просто может выдать на выход от почти -питание до +питание ОУ, другие дадут на выходе от ( -питание+1...2V ) до ( +питание-1...2V )
Поясню свою мысль. Под выражением "...Поскольку не каждый ОУ может работать при малых входных напряжениях (особенности внутренней схемотехники), ..." следует понимать, что речь идёт о входных напряжениях близких к 0 Вольт и при условии, что ОУ запитывается только положительным напряжением. Запитки от отрицательного источника нет.
Поставил плюс за рассчёты, но я и без них сразу понял что чтобы при входном - 0.5 вольта получить на выходе 0 Вольт нужно на неинвертирующий вход подать +0.5 вольта с делителя.
ИМХО. может я не заметил в постах, но R1 (пост 55) нужно "посадить" на ИОН для стабильности, иначе схема "поплывет" по питанию. На сколько я понял, расчет на пределе точности, так и АЦП к ИОНу нужно привязывать, хотя, для бумажного расчета, можно простить.
Ещё плюс за однополярное питание! Опору , конечно лучьше на 431-ом делать, хотя и 5 Вольт с внешнего( не Ардуиновского )импульсника вроде не плохо держатся, не знаю как по температуре, но для 2596 при его 2-ух Амперах Ардуина не нагрузка, от слова совсем
Если практика покажет уходы выходного напряжения от нестабильности напряжения на R2, то можно R1 подключить к опорному напряжению (TL431). А можно вместо R1 применить генератор тока. Сложности нет.
Детальная разработка и почти готовый проект упёрся в довольно хитрый фактор — это было бесполезно. Был выбран другой входной сигнал, где напряжение и так положительное. Спасибо за помощь, было интересно :)
Прошу админов тему закрыть.
темы не закрываются. все открытые всегда
Странно :)
Можно так сделать, у меня тут сжимает с датчика -10...10В для однополярной АЦП на 0.4..4.4В(под свои нужды пересчитать немного). 0В на входе - 2.4В на входе АЦП
привет, расскажи как схема работает и как рассчитывать на нужный диапазон напряжения?
U5B - инвертер
U5A - мосштабирующий ОУ с инверсией.
смещение задается делителем R16, R17 (Uref)
мосштаб R18, R20
более подробно, в любой книге про операционные усилители, или в разделах Дифференциальный усилитель (вычитатель) и Инвертирующий усилитель - там достаточно информации если вообще понимаете, что делаете
удачи
ЗЫ Три вузовских лекции по этой теме пересказывать никто не будет ИМХО
upd как вариант, закажите курсовик студентам с вашими параметрами - там все распишут :)))))))))))))))
Можно так сделать, у меня тут сжимает с датчика -10...10В для однополярной АЦП на 0.4..4.4В(под свои нужды пересчитать немного). 0В на входе - 2.4В на входе АЦП
собрал схему в протеусе нго чтото не то на выходе получается. не могу понять в чем дело. пробовал другой источник ставить и тоже самое