Мелкие вопросы по аналоговой технике.

Звуковые генераторы, фильтры и другие аналоговые устройства (кроме радиотехники и УНЧ)
Ответить
Родился
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Ср апр 20, 2016 06:13:34

Сообщение lex55 »

Убрал.
Нарушение Правил форума п. 2.1
aen
Реклама
Нашел транзистор. Понюхал.
Аватара пользователя
Сообщения: 190
Зарегистрирован: Вт янв 26, 2010 21:49:41
Откуда: モスクワ

Сообщение Zwanzig »

Привет всем. Пытаюсь я тут усмирить ОУ для измерения тока микроконтроллером, ничего пока не выходит. Схема банальная, ОУ тоже, LM358:
Изображение
R1 = 36 кОм
R2 = 220 Ом
R3 = 0,003 Ом

Питание ОУ однополярное, 5В. Значения резисторов подобраны для измерения 0..5 А при выходном напряжении 0..2,56 В, которое идёт на АЦП МК. Проблема в том, что напряжение на выходе ОУ нелинейно, да и вообще странно себя ведёт (довольно сильно шумит). Я понимаю, что это может быть связано со слишком маленькими входными напряжениями (при таких токах на шунте падает меньше 1 мВ), но не очень понимаю, как это скорректировать. Пытался избавиться от напряжения смещения ОУ как тут, ОУ вообще выдаёт на выходе 0 до определённого тока (200-300 мА).

Помогите мне разобраться с работой схемы. Может, стоит взять для таких целей другой ОУ? Или с таким маленьким сопротивлением шунта ничего не выйдет? Хотелось бы оставить именно этот шунт, поскольку другие достать проблематично, да и большую мощность терять на шунте тоже не хочется. Хотелось бы получить на выходе ОУ погрешность +/- 2,5 мВ (один разряд АЦП).
Реклама
Chettuser

Сообщение Chettuser »

LM358 - это не Rail to Rail опер. Но даже если Вы поставите R-t-R, например AD8542 или MCP6001, особо ничего не изменится. У реального усилителя, даже R-t-R имеется "пятка" нечувствительности в 2-5 мВ (у моего AD8542 было ~2мВ). У LM358 она значительно больше. На это я нарвался на схеме измерения ЭДС термопары при однополярном питании.
При таких маленьких напряжениях на шунте выход только один - использовать двуполярное питание, чтобы сместить рабочую точку усилителя от околонулевой зоны нечувствительности.
Можно ещё попробовать дифференциальное включение, но тоже вряд ли получится, по указанной выше причине.
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

1. Начнем с конца. ПОГРЕШНОСТЬ в 1 МЗР АЦП Вы не получите ни при каких вариантах. Ну хотя бы потому, что сам этот АЦП имеет суммарную ошибку (даже для опоры в 4 вольта, а у Вас 2,56, что в 1,5 раза хуже) заметно выше 1 МЗР. Вы получите РАЗРЕШЕНИЕ в 1 МЗР. А это никакая не точность.
2. Чтобы ОУ был линейным, нужно подавать на его вход и получать с его выхода сигналы, которые находятся на линейном участке его характеристики. А Вы пытаетесь работать от выходных напряжений в 2,5 мВ (если опора 2,5 вольта, а АЦП 10 разрядный, то как раз будет 2,5 мВ). Лично мне не известны даже Rail2Rail операционные усилители, которые имеют такое малое падение на нижнем транзисторе выходного каскада.... Мне почему то кажется, что за вменяемую цену их не бывает. А может и вообще нет. Обычно это падение для неплохих ОУ составляет около 10...15 мВ, причем на высокоомную нагрузку. То есть еще надо разобраться со специфическим УВХ Атмела (я верно догадался про МК? :wink: ), что бы его входная емкость не создала дополнительную погрешность измерений при захвате сигнала в виде дополнительного падения на выходе ОУ.
Такшта у Вас один простой и достаточно экономичный путь. Поставить емкостной преобразователь на LP1054 (или типа того - их нынче полно) и получить МИНУСОВОЕ питание для ОУ.
Иных таблеток Вашему перфекционизму с точностью измерений соответствующей АЦП (а не 1 МЗР) я не вижу.
Если Вас замучает шум измерений (это будет обязательно), то просто вычисляйте скользящее среднее, причем постарайтесь измерения проводить в интервалом кратным 20 мс. Это поместит нули АЧХ БИХ фильтра с прямоугольным окном (это и есть скользящее среднее) точно на сетевую помеху...
Удачи.
ЗЫ. Не очень понятно, зачем нужно брать столь маленький токовый шунт. 15 мВ на шунте при токе в 5 ампер - это бессмысленно. Провода к нагрузке и переходные контактные сопротивления дадут больше. Даже если ОС у Вас сделана от нагрузки. (4 проводная схема питания).
Реклама
Эиком - электронные компоненты и радиодетали
Нашел транзистор. Понюхал.
Аватара пользователя
Сообщения: 190
Зарегистрирован: Вт янв 26, 2010 21:49:41
Откуда: モスクワ

Сообщение Zwanzig »

Спасибо за подробный ответ!
Лично мне не известны даже Rail2Rail операционные усилители, которые имеют такое малое падение на нижнем транзисторе выходного каскада
Просто в даташите написано "LARGE OUTPUT VOLTAGE SWING 0V TO (Vcc - 1.5V)", вот я и понадеялся. Или надо было смотреть на параметр "Low Level Output Voltage", который при однополярном питании и сопротивлении нагрузки 10 кОм, равен 5-20 мВ? Это именно то падение на транзисторе выходного каскада, про которое Вы говорили?

Хорошо, сегодня вечером попробую с двухполярным питанием. Можно для теста задействовать MAX232 и взять с неё +10 и -10 В, или тут тоже ждёт меня какая-нибудь засада? :lol:

Усреднение я и так планировал делать, пока просто усреднять нечего. :)) МК ATmega32, да. А вот насчёт периода... Вряд ли получится. У меня период измерений ~2 мс, больше делать не хочется, т.к. устройство будет считать потраченную энергию, и чем меньше этот период, тем ближе к реальной кривой мощности. С другой стороны, я так понимаю, 20 мс Вы предложили для устранения наводки 50 Гц, но там (в полевых условиях) она вряд ли будет. Возможно, поставлю потом RC-цепочку на вход или выход ОУ, кроме усреднения на МК.

Насчёт шунта: немножко смущает то, что на 5 А на шунте 0,02 Ом будет рассеиваться полватта. Ну, если так и не получится с 3 мОм ОУ настроить, могу взять 20.

И, может, всё-таки стоит для этой задачи взять другой ОУ? Такая возможность имеется. Например, с полевиками на входе, вроде у них получше характеристики... Или LM358 при правильном включении хватит для данной задачи?
Реклама
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 4472
Зарегистрирован: Вс мар 04, 2007 11:39:00
Откуда: Ukraine, Kyiv

Сообщение falkonist »

Полностью двухполярное питание, когда по модулю напряжения обеих полярностей равны одно другому, для вашей задачи совершенно не обязательно. Вполне достаточно минус 0,7...1 В.
Выслушай и противную сторону, даже если она и противна
Контактная информация:
Реклама
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

Действительно, можно сгенерировать меандр на одном из пинов контроллера и через разделительный конденсатор его выпрямить минусом. Будет примерно - 1,5...2 вольта. Этого достаточно, если поставить R2R операционный усилитель.
По поводу точности подсчета потребления.
Блокировочный конденсатор на нагрузке решит все проблемы с частотой выборок. У Вас просто не будет высоких скоростей изменения потребления.
Наводки с частотой 50 Гц могут быть даже у батарейных устройств. Все зависит от обстановки и конструкции прибора.
Кроме того, для учета совсем маленького потребления при возможности возникновения большого, есть прямой резон измерять падение на шунте ДВАЖДЫ. Сначала на низкоомном, а если падение будет ниже определенного порога, то переключиться на высокоомный. Это легко делается с помощью обычного МОСФЕТА, который шунтирует высокоомный шунт. Если выбрать МОСФЕТ с Rds равным низкоомному шунту, то сам канал транзистора и будет шунтом. Калибруется этот шунт очень просто даже налету. Для этого нужно очень кратковременно подключить нагрузку в виде калиброванного генератора тока. Смысл в том, что за короткое время калибровки этот ГСТ даже не успеет нагреться, что даст хорошую точность самой калибровки. Ток калибровки можно выбрать умеренным. Например 0,5 ампер.
Нашел транзистор. Понюхал.
Аватара пользователя
Сообщения: 190
Зарегистрирован: Вт янв 26, 2010 21:49:41
Откуда: モスクワ

Сообщение Zwanzig »

Насчёт отсутствия необходимости полноценного двухполярного питания понятно, просто MAX232 самый быстрый вариант для теста на макете.

"Блокировочный конденсатор" — это конденсатор, подключенный между землёй и плюсом питания нагрузки?

Идея с мосфетом и двойным шунтом довольно интересная, только я не совсем понял по поводу калибровки. Вы предлагаете пропустить через мосфет заранее известный ток, чтобы выяснить падение напряжения Uds? И будет ли Rds достаточно постоянным для использования его в качестве шунта?
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

С той точностью, с которой есть смысл измерять потребление, точность сопротивления канала более чем достаточна.
В описанном Вами измерении тока нагрузки, насколько я понимаю сюжет, "точность" спутана с динамическим диапазоном. А это совсем разные вещи.
То есть одно дело различать 1 мкА на фоне 5 ампер и совершенно другое измерять 5 А и 200 мкА с точностью в 0,5%.
Мне почему то кажется, что при измерении потребления нет никакого смысла в точности выше 1%, поскольку при использовании автономных источников питания их емкость является сложной функцией кучи разных аргументов.
В таком раскладе целесообразно применять ДИАПАЗОНЫ, а не пытаться создать дорогой измеритель с высокой линейностью и огромным мгновенным динамическим диапазоном.
Нашел транзистор. Понюхал.
Аватара пользователя
Сообщения: 190
Зарегистрирован: Вт янв 26, 2010 21:49:41
Откуда: モスクワ

Сообщение Zwanzig »

Нет, меня не интересует измерение 1 мкА, минимум тока, который мне надо различить — 5 мА. Возможно, даже и не понадобятся диапазоны и два шунта, изначальная проблема, с которой я обратился — то, что ОУ вообще не меряет токи до 300 мА и ведёт себя странно, вроде бы решили, что это из-за однополярного питания.
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 4472
Зарегистрирован: Вс мар 04, 2007 11:39:00
Откуда: Ukraine, Kyiv

Сообщение falkonist »

Вот обеспечьте ОУ отрицательное питание и гляньте - может быть, на этом вопрос и закроется.
Выслушай и противную сторону, даже если она и противна
Контактная информация:
Потрогал лапой паяльник
Аватара пользователя
Сообщения: 383
Зарегистрирован: Вс янв 31, 2016 18:04:39
Откуда: Montreal

Сообщение MagicianT »

Проблему смещения входного нуля можно решить и без отрицательного напряжения. Посмотрите на эту схему.
Изображение
Автор: Рюмик, 1000 и одна мироконтроллерная схема.
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 4472
Зарегистрирован: Вс мар 04, 2007 11:39:00
Откуда: Ukraine, Kyiv

Сообщение falkonist »

Вариант "Л" - чисто "теоретический" LM358 неспособна работать по входам вблизи положительного напряжения питания в принципе.

А отсюда в силу вступает "Правило 13-го удара".
Выслушай и противную сторону, даже если она и противна
Контактная информация:
Потрогал лапой паяльник
Аватара пользователя
Сообщения: 383
Зарегистрирован: Вс янв 31, 2016 18:04:39
Откуда: Montreal

Сообщение MagicianT »

falkonist писал(а):Вариант "Л" - чисто "теоретический" LM358 неспособна работать по входам вблизи положительного напряжения питания в принципе.
А вам известно хоть одно печатное издание без ошибок? Дата шиты от Атмела по микроконтроллерам ни разу не читали?
Или пользуясь правилом вообще не читаете, только картики?
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

И что из этого следует?
Вы же сами и не читали то, что предлагаете в качестве альтернативы.
Предлагается откровенная чушь.
Ровно то, с чем ТС обратился.
Потрогал лапой паяльник
Аватара пользователя
Сообщения: 383
Зарегистрирован: Вс янв 31, 2016 18:04:39
Откуда: Montreal

Сообщение MagicianT »

Я предложил вариант к). , позволяющий обойтись без отрицательного напряжения.
Предлагается откровенная чушь.
Докажи, если такой умный.
А чушь это использовать использовать отрицательное с МК, там ещё защита потребуется от -10В.
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

А чего тут доказывать, любезный? Откройте даташит на ОУ и посмотрите диапазон напряжений по входу и по выходу. Да и ТС пришел как раз с доказательствами. У него ЛОГИЧНО не работает.
Что касается защиты от -10 вольт, то во-первых, никто и не предлагал питать -10 вольтами. Достаточно сместить на 1...2 вольта до рабочей зоны. А во-вторых вся "защита" от минуса сводится к одному последовательному резистору на вход АЦП. Для минус 1...2 вольт более чем достаточно 1 кОм. Диодная растяжка КМОП входа ограничит входное напряжение уровнем -0,3 вольта.
Потрогал лапой паяльник
Аватара пользователя
Сообщения: 383
Зарегистрирован: Вс янв 31, 2016 18:04:39
Откуда: Montreal

Сообщение MagicianT »

Если вы посмотрите на вариант к., то увидите что резисторы R1,R2,R3, R5 как раз и смещают входное напряжение.
Использовать MOSFET в качестве шунта вообще нонсенс. Никогда не слышали про ТКС?
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 25862
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Откуда: Московская область, Фрязино

Сообщение КРАМ »

Вы видимо читаете выборочно...
Я предлагал использовать МОСФЕТ вместе с калибровкой. А кроме того, речь идет о вполне конкретном применении. Вы следите за ходом обсуждения, а не вставляйтесь случайным образом...
Кроме того, вариант с МОСФЕТом я не на ходу выдумал. Именно так работает одно из устройств выпускаемых нашей компанией. В нем потребляемый ток измеряется для целей охраны по питанию...
ЗЫ. По поводу смещения.
Вы обратите внимание на коэффициент усиления у ОУ товарища задавшего вопрос.... :)
Друг Кота
Аватара пользователя
Сообщения: 4472
Зарегистрирован: Вс мар 04, 2007 11:39:00
Откуда: Ukraine, Kyiv

Сообщение falkonist »

MagicianT писал(а):Или пользуясь правилом вообще не читаете, только картики?
Дорастете до моего опыта - тоже будете видеть, как работает схема, только бегло взглянув на нее. А пока что - читайте, читайте, читайте. Набирайтесь опыта.
Выслушай и противную сторону, даже если она и противна
Контактная информация:
Ответить

Вернуться в «Аналоговая техника»