Mạch cho một chiết áp thiết lập thô và tốt?

9

Tôi đã cố gắng tìm một mạch cho một bộ chia điện áp điều chỉnh thô và tốt (hai chiết áp), nhưng tôi không hiểu nó và / hoặc họ không có phản ứng tuyến tính.

Vấn đề: Tôi muốn có một điện áp có thể điều chỉnh từ 0 - 5V bằng hai chiết áp, một để điều chỉnh thô và cái còn lại để điều chỉnh tốt (10mV nếu có thể).

Từ các bảng dữ liệu tôi đã xem (ví dụ: cái này ) dường như chúng không chỉ định độ phân giải của số gia có thể có của nồi.

Đây là ba mạch tôi hiện có:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Điều chỉnh tốt của mạch thứ ba giảm khi điều chỉnh thô được đặt cao hơn, vì vậy tôi không nghĩ đây là một ý tưởng hay (trừ khi sử dụng nồi logarit ... không biết chúng hoạt động như thế nào).

Vì cái thứ nhất và thứ hai rất giống nhau, tôi sẽ xem xét cái thứ nhất.

Tôi giả định độ phân giải 5 độ trong số 300 độ, vì tôi không thể tìm thấy bất kỳ thông tin nào liên quan đến việc này.

Điều này mang lại cho tôi:

0,83kOhm / điều chỉnh với nồi 50K và độ phân giải 166mV
0.167kOhm / điều chỉnh với nồi 10K

Phương trình tôi có được là:

V_{o u t} = \frac{R_{c o u r s e} + R_{f i n e}}{50 + R_{f i n e}} V_{i n}

$V_{out} = \frac{R_{course} + R_{fine}}{50 + R_{fine}} V_{in}$

Vẽ sơ đồ này trong matlab để điều chỉnh khóa học 0V, tôi nhận được đường cong sau:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Ở đầu dưới của nồi, có độ phân giải 33mV và ở đầu cao hơn của nồi có độ phân giải 24,7mV.

Đối với ứng dụng của tôi, điều này là đủ. Tuy nhiên tôi không chắc chắn nếu có một cách tiếp cận tốt hơn (và tuyến tính) để điều chỉnh tiền phạt và khóa học.

voltage-divider potentiometer

— tgun926
nguồn

16

Điều này tốt hơn..

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Ưu điểm là:

Độ nhạy thấp đối với dung sai nồi và tempco (bạn có thể sử dụng điện trở chính xác cho R2 / R3)
Phạm vi điều chỉnh khá tuyến tính và gần như không đổi trong mV
Hằng số khá (+/- 0,5%) và trở kháng đầu ra có thể dự đoán được (tối thiểu 9,09K tối đa 9,995)
Độ nhạy thấp đối với CRV (biến đổi điện trở tiếp xúc) của chậu (1% CRV trong R1 dẫn đến biến thiên 0,05%).

Mạch này rút ra 20mA hoặc hơn từ đường ray 5V. Nếu đó là một vấn đề, bạn có thể tăng R4 10: 1, tăng cả R4 và R1 thêm 10: 1 với chi phí của một chút hiệu suất hoặc chia tỷ lệ tất cả giá trị với chi phí trở kháng đầu ra.

Mạch số 1 của bạn có trở kháng đầu ra từ 0 ohms đến 27,5K, tùy thuộc vào cài đặt nồi.

Tốt và thô chỉ đưa bạn đến nay, bạn cũng có thể xem xét một bộ chia điện áp chuyển đổi để điều chỉnh "thô". Mong đợi điều chỉnh "thô" để duy trì ổn định trong vòng 0,2% có thể là quá nhiều để hỏi trừ khi đó là một chiết áp rất đẹp.

Lưu ý rằng nồi nhựa dẫn điện của bạn hoàn toàn không xác định hệ số nhiệt độ - đó là vì nồi nhựa dẫn điện thường rất kinh khủng - có thể là +/- 1000ppm / ° C, do đó, sử dụng chúng như một bộ biến trở thay vì bộ chia điện áp không phải là một công cụ tuyệt vời ý tưởng. Bạn đã giảm 5: 1 theo tỷ lệ của các chậu, nhưng nó vẫn khá tệ. Mạch tôi trình bày thường sẽ tốt hơn khoảng 5 lần với các điện trở tốt cho R2 / R3 vì các nồi được sử dụng hoàn toàn làm bộ chia điện áp.

Chỉnh sửa: như là một xấp xỉ tốt cho R4 << R3 và R1 << R2 (bạn có thể thực hiện phép toán chính xác trong Matlab bằng cách sử dụng điện trở nồi nếu bạn muốn), điện áp đầu ra là:

$V_{OUT} = 5.0 (\frac {\alpha \cdot 9.09K}{10K} + \frac {\beta \cdot 9.09K}{100K})$

Trong đó 0 là vị trí của R1 và 0 là vị trí của R4 $\le \alpha\le 1$ $\le \beta \le 1$

Vì vậy, phạm vi của R1 là 4,545V và phạm vi của R4 là 0,4545V. Nếu bạn tập trung cả hai nồi, bạn nhận được 2.500V. Nếu bạn có thể đặt R4 thành 1% toàn thang đo (hợp lý), đó là độ phân giải 4,5mV.

— Spehro Pefhany
nguồn

Tôi đang gặp khó khăn trong việc hiểu cách thức hoạt động của mạch điện - làm thế nào R2 / R3 tạo ra một nồi có độ phân giải cao / phạm vi thấp và ngược lại?

— tgun926

@ tgun926, tôi không thể trả lời cho Spehro, nhưng tôi thấy đó là nguồn cấp dữ liệu hiện tại đảo ngược đầu vào của TIA.

— George Herold

1

@ tgun926, hãy tưởng tượng mỗi chiết áp là một bộ chia điện áp giữa 5V và 0V. Hai điện trở còn lại là một bộ chia điện áp trên đầu ra của hai bộ chia đó, lấy trung bình có trọng số giữa hai trong số chúng. goo.gl/HRqm5G Sự đánh đổi là hai điện trở 500Ohm nhỏ, do đó sẽ có một dòng điện chạy ở đó. Nếu bạn làm cho các nồi 500Ohm lớn hơn dòng điện sẽ chảy ít hơn nhưng sau đó bạn cần đưa điện trở của các bình vào toán học của bộ chia điện áp và nó sẽ làm giảm độ nhạy của núm "mịn" trong dải giữa. goo.gl/HRqm5G

— Eyal

1

@ElectronSurf 10K song song với 100K là khoảng 9,09K, tôi bỏ qua các điện trở nồi đóng góp từ 0 đến 125 ohms mỗi cái, tùy thuộc vào vị trí gạt nước. Nếu tính đến những thứ đó có thể lên tới 9,19K. Điện trở hiệu dụng của mỗi nồi là (500 * a) || ((1-a) * 500) trong đó a là vòng xoay điện từ 0 đến 1, bỏ qua điện trở gạt nước. Tối thiểu là 0 và tối đa là 250 || 250 = 125 ohms.

— Spehro Pefhany

1

@ElectronSurf Có lẽ. Nó thực sự phụ thuộc vào việc xây dựng nồi, v.v. và bạn đang nghĩ bao nhiêu uV và trong bao nhiêu giây. Xem câu trả lời dưới đây cho một số trong những cân nhắc.

— Spehro Pefhany

7

+1 cho Spehro Pefhany. Đó là một mạch rất thanh lịch. Về cách thức hoạt động, đây là cách tôi nhìn thấy nó:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Sự không đối xứng của bộ chia điện áp (không đối xứng vì R3> R2) làm cho một trong các nồi trở nên thô, và khác tốt. Do R2 <R3, điện áp đầu ra sẽ chủ yếu là chức năng của V1, với V4 có thể điều chỉnh tốt.

Tất nhiên, sự cảnh báo ở đây là trở kháng đầu ra của các chậu thay đổi theo vị trí gạt nước, do đó, việc áp dụng định lý của Thévenin trong bước đầu tiên thực sự chỉ đúng khi các chậu nằm ở điểm giữa của chúng - vì nồi được chuyển sang cực trị trở kháng đầu ra đạt 0Ω. Tuy nhiên, vì R2 và R3 lớn hơn nhiều so với nồi, nên độ biến thiên này tương đối không đáng kể, cả về độ phi tuyến và sự thay đổi trở kháng đầu ra của toàn bộ mạch.

— Phil Frost
nguồn

Về điểm tương đương Thevenin ở điểm giữa - đó là hai điện trở 250 ohm nối tiếp (mỗi nồi), Rth sẽ không bằng một nửa, tức là 125ohm? Hay bạn không được phép xem xét cái nồi đó?

— tgun926

@ tgun926 Bạn nói đúng ... rắm não. Tôi sẽ chỉnh sửa.

— Phil Frost

@ tgun926 Chỉ cần rõ ràng, 125 ohms cho mỗi nồi xuất phát từ một nồi có gạt nước ở điểm giữa trông giống như hai điện trở 250 ohm song song . Họ nhìn song song, với tải, bởi vì nguồn cung cấp năng lượng (nguồn điện áp) được thay thế bằng một cách ngắn gọn cho mục đích tính toán tương đương Thevenin. Tuy nhiên, các chi tiết có hệ quả thực tế hạn chế, vì trở kháng cao hơn nhiều của các điện trở cố định làm cho các nồi tương đối không đáng kể, đó là sự thanh lịch của mạch này.

— Phil Frost

Vâng tôi hiểu điều đó, chúc mừng

— tgun926

1

Bạn có cách tiếp cận đúng, và con số của bạn có thể tốt trong phạm vi 5 hoặc hơn. Đối với nồi nhựa nguyên tố, độ phân giải 1% có vẻ hợp lý, mặc dù nó phụ thuộc vào chi tiết xây dựng. Đối với các nồi bạn liên kết đến, vấn đề là chiều dài của cánh tay từ trục đến phần tiếp xúc phần tử khá nhỏ và ổ đỡ càng rẻ càng tốt, do đó có thể có một số trượt chính xác ở nơi tiếp xúc phần tử xảy ra. Điều này có thể hiển thị khi độ trễ tăng (điện trở ở x độ khi quay theo chiều kim đồng hồ khác với điện trở khi quay ngược chiều kim đồng hồ).

Lưu ý rằng độ phân giải là kém nhất đối với chậu dây, vì tiếp xúc bỏ qua bên ngoài một chuỗi xoắn dài, do đó bạn có được hiệu ứng bậc thang với kích thước bước cố định.

Về cơ bản có 3 cách tiếp cận để có được độ phân giải tốt hơn từ một cái nồi. Đầu tiên, đi đến một yếu tố mượt mà hơn, với kích thước hạt bên trong nhỏ hơn. Nhựa dẫn điện là tốt nhất, và các chậu bạn liên kết để sử dụng này. Thứ hai, làm cho nồi lớn hơn. Điều này cho phép kiểm soát tốt hơn chính xác nơi tiếp xúc gặp phần tử, mặc dù nó cũng đòi hỏi độ chính xác cao hơn trong ổ trục và thiết kế của cần gạt nước để giữ cho nó không bị uốn cong khi di chuyển. Cuối cùng, bạn có thể đi đến các nồi nhiều lượt, các đơn vị 10 lượt là tiêu chuẩn, mặc dù tôi đã chạy trên các mô hình 5 lượt và 20 lượt. Trong phương pháp này, phần tử điện trở tạo thành một vòng xoắn n và cánh tay tiếp xúc thay thế theo chiều dọc dọc theo trục trục khi cần thiết. Với phần tử điện trở dài hơn, có thể đặt chính xác hơn cần gạt nước, và do đó độ phân giải tốt hơn.

Đối với phân tích của bạn, nó là đúng. Lượng phi tuyến tính liên quan trực tiếp đến tỷ lệ của hai điện trở. Một tỷ lệ lớn hơn cho độ tuyến tính tốt hơn (mặc dù điều này cắt giảm phạm vi điều chỉnh tốt và yêu cầu điều chỉnh thô phải chính xác hơn).

Cuối cùng, nếu bạn yêu cầu tuyến tính cuối cùng (và có thể không hợp lý), bạn hoàn toàn không nên đập chậu. Bạn kết nối song song các đầu của chúng và đưa từng cần gạt vào bộ khuếch đại với mức tăng khác nhau, sau đó tổng hai kết quả trong bộ khuếch đại cuối cùng.

— WhatRoughBeast
nguồn

0

Tôi đã thực hiện nó với hai nồi nối tiếp, mỗi cái có dây là biến R (một đầu để gạt nước), với một opamp trên đầu ra, đôi khi biến R đang ở giai đoạn khuếch đại. (Nhưng tôi thích mạch của Spehro! Một lợi thế khác mà anh ta quên đề cập đến, ~ trở kháng đầu vào không đổi.)

— George Herold
nguồn