Як виміряти негативну напругу за допомогою АЦП?

48

Я працюю з мікроконтролером PIC з вбудованим 10-бітовим АЦП і хочу виміряти напругу в діапазоні від -1 до -3Вольт.
Я думав використати підсилювач в інвертувальному режимі, щоб зробити напругу позитивною, а потім подати його на АЦП мікроконтролера, однак тут мені доведеться живити ОПУП з негативним джерелом живлення, правда ?. На даний момент я не хочу використовувати негативний блок живлення, і мені було цікаво, чи можна досягти такої конфігурації? Чи можете ви допомогти?

microcontroller pic adc

— Кевін Бойд
джерело

1

від -1 до -3 В, що я вимірюю, є вихід LM337, який я хочу контролювати.

— Кевін Бойд

пов'язано: Виміряйте напругу від -20 до + 20 В з

— малюнком

У мене не вистачає деталей, щоб скласти повну відповідь, але якщо у вашому ПОС є штифт VREF- (від'ємне опорне напруга), то, ймовірно, ви можете це зробити безпосередньо, без додаткового інвертора, шляхом творчого використання опорних напруг.

— Спарр

42

Инвертирующий підсилювач не потребує негативної шини , щоб інвертувати напруга.

gschem

Постарайтеся думати про свої силові рейки як про те, що забезпечує ваш вихід. Якщо ви подивитеся на ланцюг, всі штирі оп-підсилювачів прив’язані до напруги 0 В або вище. Коли ваш діапазон від -1 до -3 з'явиться, він відображатиметься як протилежне від 1 до 3 на виході. Це також дає деякі переваги в якості буфера, оскільки вхідний опір вашого штифта не вплине дуже сильно на цю схему (поки R _в || R _f великий).

Я погоджуюся, що простий дільник резисторів виконує цю роботу - просто повідомляючи, що це також працює.

— Кортук
джерело

2

+1 - це правильний спосіб зробити це, якщо у вас немає АЦП, які приймають негативні входи.

— Jason S

3

Ні, рейки підсилювача є межею для вашого виходу. Там, де залізниця до залізничного підсилювача буде йти дуже близько до меж. Ви могли, і багато хто, витратили своє життя на розробку підсилювачів. Немає такого поняття, як ідеальний підсилювач, але зазвичай існує ідеальний підсилювач для конкретного випадку.

— Кортук

4

Зверніть увагу, що в цій конфігурації, якщо ви перевершите навколо -Vcc, оскільки ваш вхід, ваш вихід потрапить на рейку Vcc. Деякі підсилювачі не підуть на вольт або більше від рейки, деякі підсилювачі підуть в межах 50 мВ. Якщо ви отримаєте більший вхідний сигнал, розділіть його на більшу кількість, якщо у вас сигнал від -1 до -10 В, розділіть на 2, проблема вирішена.

— Кортук

2

@Kortuk - Ніколи не існує ідеального підсилювача для будь-якого випадку. Однак є найкращий підсилювач із наявного вибору, коли враховується ціна для кожного проекту.

— Коннор Вольф

3

@Fake Name, я думаю, що це випадок помилки зв’язку. Якщо вона відповідає необхідним характеристикам і є доступною, тоді у вас є ідеальний підсилювач. Це моє формулювання, я розумію, що ти маєш на увазі. Я приймаю обмеження і використовую ідеально, тому що я позитивний. <3

— Кортук

16

Ви можете використовувати дільник напруги, одним кінцем звисаючи до позитивної рейки живлення. Скажімо, у вас є однакові резистори та джерело живлення 5В, це призведе до напруги між + 2В і + 1В для діапазону від -1 до -3В.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+

— Вім
джерело

4

Для цього потрібен термінал IN, щоб поточити струм (5-Vin) / (2R), тому вам доведеться вибрати R досить великий, щоб не перевантажувати вхід небажаним струмом. тоді для вашого входу АЦП необхідно мати принаймні на порядок більше вхідного опору, ніж значення R, щоб не надмірно завантажувати мережу дільника. Яке все можливо (а може і не) можливо. До аркушів даних!

— JustJeff

3

-1: вам краще використовувати резистори точності та точність відліку для 5В.

— Jason S

1

+1 за те, що це найдешевший найпростіший спосіб. Але, як каже Джейсон S, для точності будуть потрібні зусилля, якщо це має значення.

— DarenW

3

Будь-який шум на вашій позитивній рейці з’явиться у вашому АЦП.

— ендоліт

7

Ідея дільника напруги є приємною, дешевою, але задає вам проблему зміни напруги, що вимірюється, розглядатиметься як 1/2 зміни на вході АЦП. Якщо точні вимірювання представляють інтерес, рішенням є ценеровий діод як нижня половина дільника. Якщо річ, яка вимірюється, може терпіти втрату маленького струму, це буде чудово. Зерни не є абсолютно рівними в напрузі зворотного пробою, особливо для дуже малих струмів, тому не робіть R1 занадто великим.

Тепер, щоб побачити, чи дозволяє цей сайт stackexchange мені додати зображення ...

alt текст

— DarenW
джерело

2

Моделюється в QUCS

— DarenW

4

Це стандартна схема для такого роду перетворень. Я змоделював це, щоб довести комусь, що він працює, отже, схему SPICE. Вам потрібно вибрати відповідні значення резистора, він працює до тих пір, поки вони 2R, 2R і R.

— Леон Хеллер
джерело

4

Я зараз (неелектроніка) працюю зараз, без зручної електроніки sw чи книг, тож це буде просто приблизна ідея. Можливо, хтось ще може заповнити деталі ...

Спробуйте поточне дзеркало, використовуючи пару транзисторів PNP, які висять на рейці Vcc. Подайте негативний сигнал напруги на вхідну сторону дзеркала через відповідний резистор. Тоді ж струм повинен протікати через вихідний транзистор дзеркала. За допомогою добре підібраного резистора ви створюєте діапазон напруги в межах від 0В до Vcc.

РЕДАКТУВАТИ - НОВО: Ось поточна дзеркальна схема. Який би струм проходив через транзистор T1, T2 намагатиметься здійснити той же струм. Від'ємна напруга, що вимірюється, відносно джерела живлення, який я випадковим чином вибрав 15В, створює деякий струм струму через R1 (вимірюється в моделюванні як "вхідний струм"). Якби R2 був таким самим, як R1, ти знаходиш би ту саму напругу, якби дозволено. Але це підключення до 0V (gnd) - наша схема заснована виключно на позитивній подачі. Це не спрацює, якщо ми не зробимо R2 меншим, скажімо, 1/2 R1, то напруга на ньому буде 1/2, ніж у R1. Виміряйте це, робіть математику (хто, помножте на 2, важко!) І ось ви. У схеми є різні значення, різне співвідношення alt текст , але я думаю, що ми всі можемо впоратися з математикою для цього.

Перевага цього перед простим подільником напруги полягає в тому, що 1) це виглядає складніше, 2) це звичайний трюк в аналоговому ІС-дизайні. Оскільки я написав ще одну відповідь за допомогою діода Зенера, я зараз не впевнений, чому це краще, але це альтернатива дільнику напруги і може дозволяти отримувати різний діапазон напруг чи щось таке. Тепер я дозволяю іншим коментувати мудрість чи дурість цієї ідеї ... alt текст

— DarenW
джерело

Я не міг зрозуміти, що ви тут мали на увазі, допоможе посилання на схему.

— Кевін Бойд

Гаразд, у мене зараз є час ... і, коли я думаю про це, я не впевнений, чому це краще, ніж деякі простіші схеми, за винятком того, як детальна конструкція може бути кращою чисельно, можливо. Схематично буде додано незабаром.

— DarenW

Старе питання я усвідомлюю, але ... Ця схема спирається на напругу бази-випромінювача проти кривої струму колектора двох транзисторів однаковою, так що однаковий струм протікає в кожному з двох колекторів транзисторів. Це було б хорошим припущенням в ІМС, де транзистори можна зробити так, щоб вони добре відповідали (і знаходяться при однаковій температурі), але не для двох дискретних транзисторів. Схему можна зробити менш чутливою до цієї проблеми, поставивши послідовно співпадаючі резистори з випромінювачами.

— gwideman

0

Можливо, вам навіть не потрібен підсилювач. Деякі АЦП (наприклад, MCP3304, див. Таблицю даних: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf мають вбудований диференціальний режим, де АЦП повертає різницю двох каналів, яка може бути від'ємне число. Якщо ви приєднаєте один канал до землі (називається псевдо-диференціальним режимом), АЦП може приймати негативну вхідну напругу на іншій і переводити її в негативне число, і все це не потребує негативної напруги.

Звичайно, це стосується лише якщо ваш АЦП підтримує подібні речі. Багато хто взагалі не має диференціального режиму.

— dpdt
джерело

1

Ви перевірили таблицю даних у цій частині? З листа в розділі абсолютних максимальних оцінок: "Усі входи та виходи wrt VSS ............... -0,3 В до VDD + 0,3 В" Це означає, що ви не можете мати від'ємник напруга на входах або будь-який інший штифт для цього питання. Чому? оскільки вхідні діоди захисту вмикаються і запобігають загорянню деталі. Це не відповідає на питання, питання було як я можу виміряти від’ємну напругу? Ви не можете виміряти негативну напругу за допомогою цієї частини.

— Спайк напруги

-2

Я думаю, що вже є дуже хороші відповіді, але я люблю розміщувати інший підхід, який я використовую сам, щоб робити те саме.

Ви можете використовувати приладовий підсилювач (наприклад, LT1167)? Однак вам знадобиться негативна рейка, але хіба це не дасть більшої точності? а також кращі способи посилення напруги, якщо потрібно, просто додавши один резистор.

додати негативну рейку так само просто, як додати щось на кшталт minmax MCW03-05D05.

Проблема, яку я маю при використанні резисторів, полягає в тому, що дуже важко знайти однакові резистори, що призведе до помилки, яку вам доведеться виправити.

— Ніссе
джерело

Це досить дорогий спосіб зробити щось просте.

— Метт Янг

так, але я думаю, це залежить від того, наскільки хороша точність хотіла б

— Nisse

1

Ви самі сказали, що резистори є основним джерелом помилки. Використання більш дорогої частини разом із необхідністю додати якусь негативну рейку це не виправить. Використання резисторів з більшою точністю має більше сенсу.

— Метт Янг

добре, якщо немає необхідності в посиленні, не потрібно ніякого резистора. Крім того, це просто інший спосіб зробити це, я не кажу, що це правильний спосіб зробити це для будь-якого застосування, але в деяких випадках це може бути краще відмовитися від використання негативної рейки.

— Ніссе