Làm cách nào để đo điện áp âm với ADC?

48

Tôi đang làm việc với bộ điều khiển vi mô PIC với ADC 10 bit sẵn có và muốn đo điện áp trong phạm vi từ -1 đến -3Volts.
Tôi đã nghĩ đến việc sử dụng op-amp ở chế độ đảo ngược để tạo ra điện áp dương và sau đó đưa nó vào adc của vi điều khiển, tuy nhiên ở đây tôi sẽ phải cấp nguồn cho opamp bằng nguồn điện âm, phải không?. Hiện tại tôi không muốn sử dụng nguồn điện âm và đang tự hỏi liệu có thể đạt được cấu hình này không? Bạn có thể giúp đỡ không?

microcontroller pic adc

— Kevin Boyd
nguồn

1

-1 đến -3V mà tôi đang đo là đầu ra của LM337 mà tôi muốn theo dõi.

— Kevin Boyd

liên quan: Đo điện áp -20V đến + 20V với pic

— davidcary

Tôi không có đủ thông tin chi tiết để đưa ra câu trả lời hoàn chỉnh, nhưng nếu PIC của bạn có chân VREF- (điện áp tham chiếu âm) thì bạn có thể thực hiện điều này trực tiếp, mà không cần thêm biến tần, thông qua việc sử dụng điện áp tham chiếu sáng tạo.

— Sparr

42

Bộ khuếch đại đảo ngược không cần đường ray âm để đảo ngược điện áp.

gschem

Hãy thử nghĩ về đường ray sức mạnh của bạn như những gì cung cấp đầu ra của bạn. Nếu bạn nhìn vào mạch, tất cả các chân op-amp được gắn với điện áp từ 0V trở lên. Khi phạm vi -1 đến -3 của bạn xuất hiện, nó sẽ hiển thị ngược lại chính xác từ 1 đến 3 trên đầu ra. Điều này cũng cung cấp cho bạn một số lợi thế như một bộ đệm, vì trở kháng đầu vào của pin của bạn sẽ không ảnh hưởng nhiều đến mạch này (miễn là R _trong | | R _f lớn).

Tôi đồng ý rằng một bộ chia điện trở đơn giản thực hiện công việc - chỉ cần cho bạn biết rằng điều này cũng hoạt động.

— Kortuk
nguồn

2

+1 - đây là cách thích hợp để làm điều đó nếu bạn không có ADC nhận đầu vào tiêu cực.

— Jason S

3

Không, đường ray của op-amp là giới hạn cho đầu ra của bạn. Trường hợp một đường ray đến đường ray op-amp sẽ đi rất gần với giới hạn. Bạn có thể, và nhiều người đã dành cả đời để thiết kế op-amps. Không có thứ gọi là op-amp hoàn hảo, nhưng thông thường có một op-amp hoàn hảo cho một trường hợp cụ thể.

— Kortuk

4

Trên lưu ý đó, trong cấu hình này, nếu bạn vượt qua khoảng -Vcc vì đầu vào của bạn, đầu ra của bạn sẽ chạm vào đường ray Vcc. Một số op-amps sẽ không đi trong một volt hoặc nhiều hơn của đường ray, một số ampe op sẽ đi trong vòng 50mV. Nếu bạn nhận được tín hiệu đầu vào lớn hơn, hãy chia nó cho một lượng lớn hơn, nếu bạn có tín hiệu -1 đến -10 V, chia cho 2, vấn đề đã được giải quyết.

— Kortuk

2

@Kortuk - Không bao giờ có một op-amp hoàn hảo cho mọi trường hợp. Tuy nhiên, có op-amp tốt nhất trong số các lựa chọn có sẵn, khi giá được xem xét, cho mọi dự án.

— Sói Connor

3

@Fake Name, tôi nghĩ đây là một trường hợp lỗi giao tiếp. Nếu nó đáp ứng các thông số kỹ thuật bạn cần và giá cả phải chăng thì bạn có op-amp hoàn hảo. Đó sẽ là từ ngữ của tôi, tôi hiểu ý của bạn là gì. Tôi chấp nhận giới hạn và sử dụng hoàn hảo bởi vì tôi tích cực. <3

— Kortuk

16

Bạn có thể sử dụng một bộ chia điện áp, với một đầu treo trên đường ray cung cấp tích cực. Giả sử bạn có một điện trở bằng nhau và nguồn điện 5V, điều này sẽ dẫn đến điện áp trong khoảng từ + 2V đến + 1V cho phạm vi -1 đến -3V của bạn.

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

— Wim
nguồn

4

Điều này sẽ yêu cầu thiết bị đầu cuối IN chìm dòng điện (5-Vin) / (2R), vì vậy bạn sẽ phải chọn R đủ lớn để không áp đảo đầu vào với dòng điện không mong muốn. sau đó, đầu vào ADC của bạn sẽ cần phải có ít nhất một bậc có trở kháng đầu vào lớn hơn giá trị R, để không tải quá mức xuống mạng chia. Mà tất cả có thể (hoặc có thể không) có thể. Để các bảng dữ liệu!

— JustJeff

3

-1: bạn nên sử dụng điện trở chính xác và tham chiếu chính xác cho 5V.

— Jason S

1

+1 là cách đơn giản nhất rẻ nhất. Nhưng như Jason S nói, độ chính xác sẽ mất nhiều công sức, nếu điều đó quan trọng.

— DarenW

3

Bất kỳ tiếng ồn nào trên đường ray tích cực của bạn sẽ hiển thị trong ADC của bạn.

— endolith

7

Ý tưởng bộ chia điện áp là tốt, rẻ, nhưng cung cấp cho bạn vấn đề thay đổi điện áp cần đo sẽ được xem là 1/2 thay đổi ở đầu vào ADC. Nếu các phép đo chính xác được quan tâm, giải pháp là một diode zener là nửa dưới của bộ chia. Nếu thứ được đo có thể chịu đựng được một chút hiện tại, điều này sẽ rất tốt. Zeners không hoàn toàn bằng phẳng trong điện áp đánh thủng ngược của chúng, đặc biệt là đối với dòng điện rất nhỏ, vì vậy đừng làm cho R1 quá lớn.

Bây giờ để xem trang web stackexchange này có cho phép tôi thêm hình ảnh không ...

văn bản thay thế

— DarenW
nguồn

2

Mô phỏng trong QUCS

— DarenW

4

Đây là mạch tiêu chuẩn cho loại chuyển đổi đó. Tôi đã mô phỏng nó để chứng minh với ai đó rằng nó hoạt động, do đó sơ đồ SPICE. Bạn cần chọn các giá trị điện trở phù hợp, nó hoạt động miễn là chúng là 2R, 2R và R.

— Leon Heller
nguồn

4

Tôi đang ở (không phải thiết bị điện tử) làm việc ngay bây giờ, với những cuốn sách điện tử tiện dụng hoặc sách, vì vậy đây sẽ chỉ là một ý tưởng sơ bộ. Có lẽ người khác có thể điền vào các chi tiết ...

Hãy thử một chiếc gương hiện tại bằng cách sử dụng một cặp bóng bán dẫn PNP treo trên đường ray Vcc. Đưa tín hiệu điện áp âm đến phía đầu vào của gương thông qua một điện trở thích hợp. Dòng điện tương tự sau đó sẽ chảy qua bóng bán dẫn đầu ra của gương. Với một điện trở được lựa chọn tốt, bạn tạo ra một phạm vi điện áp trong phạm vi 0V đến Vcc.

EDIT - MỚI: Đây là sơ đồ gương hiện tại. Bất cứ dòng điện nào đi qua bóng bán dẫn T1, T2 sẽ cố gắng tạo ra dòng điện tương tự. Điện áp âm cần đo, liên quan đến nguồn điện mà tôi chọn ngẫu nhiên là 15v, tạo ra một dòng điện nhỏ giọt qua R 1 (được đo trong mô phỏng là "dòng điện đầu vào"). Nếu R2 giống với R1, bạn sẽ tìm thấy cùng một điện áp trên nó, nếu nó được phép. Nhưng nó kết nối với 0V (gnd) - mạch của chúng tôi hoàn toàn dựa trên nguồn cung cấp tích cực. Nó sẽ không hoạt động trừ khi chúng ta làm cho R2 nhỏ hơn, giả sử 1/2 của R 1 thì điện áp trên nó sẽ bằng 1/2 so với R 1. Đo nó, làm toán (whoo, nhân 2, khó!) Và bạn đang có. Các sơ đồ có các giá trị khác nhau, một tỷ lệ khác nhau văn bản thay thế , nhưng tôi nghĩ tất cả chúng ta có thể xử lý toán học cho việc này.

Ưu điểm của điều này so với bộ chia điện áp đơn giản là 1) nó có vẻ phức tạp hơn, 2) đó là một mẹo phổ biến trong thiết kế vi mạch tương tự. Vì tôi đã viết một câu trả lời khác bằng cách sử dụng diode Zener, bây giờ tôi không chắc tại sao điều này tốt hơn, nhưng nó là một thay thế cho một bộ chia điện áp và có thể cho phép nhận được ở các phạm vi điện áp khác nhau hoặc một cái gì đó. Bây giờ tôi để người khác bình luận về sự khôn ngoan hay ngu ngốc của ý tưởng này ... văn bản thay thế

— DarenW
nguồn

Tôi không thể hiểu ý của bạn ở đây, một liên kết đến sơ đồ sẽ giúp ích.

— Kevin Boyd

Được rồi, tôi đã có thời gian ... và khi tôi nghĩ về nó, tôi không chắc tại sao nó tốt hơn một số mạch đơn giản hơn ngoại trừ thiết kế chi tiết có thể hoạt động tốt hơn về mặt số lượng, có lẽ. Sơ đồ sẽ được đính kèm sớm.

— DarenW

Tôi nhận ra câu hỏi cũ, nhưng ... Mạch này dựa vào đường cong điện áp phát cực gốc so với đường cong dòng điện của hai bóng bán dẫn là như nhau, sao cho cùng một dòng điện trong mỗi hai bộ thu của bóng bán dẫn. Đó sẽ là một giả định tốt trong một IC nơi các bóng bán dẫn có thể được chế tạo để khớp tốt, (và ở cùng nhiệt độ), nhưng không phải cho hai bóng bán dẫn rời rạc. Mạch có thể được làm cho ít nhạy cảm hơn với vấn đề này bằng cách đặt các điện trở phù hợp nối tiếp với các bộ phát.

— gwideman

0

Bạn thậm chí có thể không cần một op-amp. Một số ADC (như MCP3304, xem biểu dữ liệu: http://ww1.microchip.com/doads/en/DeviceDoc/21697e.pdf có chế độ vi sai tích hợp, trong đó ADC trả về chênh lệch của hai kênh, có thể là một Nếu bạn buộc một kênh xuống đất (được gọi là chế độ vi sai giả), ADC có thể chấp nhận điện áp đầu vào âm trên kênh kia và chuyển nó thành số âm, tất cả mà không cần điện áp âm.

Tất nhiên, điều này chỉ áp dụng nếu ADC của bạn hỗ trợ loại điều này. Nhiều người không có chế độ khác biệt nào cả.

— dpdt
nguồn

1

Bạn đã kiểm tra bảng dữ liệu về phần này chưa? Từ trang tính trong phần xếp hạng tối đa tuyệt đối: "Tất cả đầu vào và đầu ra wrt VSS ............... -0.3V đến VDD + 0.3V" Điều đó có nghĩa là bạn không thể có âm điện áp trên đầu vào hoặc bất kỳ pin nào khác cho vấn đề đó. Tại sao? bởi vì các điốt bảo vệ đầu vào sẽ bật và ngăn không cho bộ phận bị đốt cháy. Điều này không trả lời câu hỏi, câu hỏi là làm thế nào tôi có thể đo điện áp âm? Bạn không thể đo điện áp âm với phần này.

— Điện áp tăng đột biến

-2

Tôi nghĩ rằng đã có những câu trả lời rất hay, nhưng tôi thích đăng một cách tiếp cận khác, rằng tôi đang sử dụng bản thân mình để làm điều tương tự.

Bạn có thể sử dụng một op-amp thiết bị (như LT1167)? Tuy nhiên, bạn sẽ cần đường sắt âm, nhưng điều này sẽ không chính xác hơn? và cũng là cách tốt hơn để khuếch đại điện áp nếu muốn bằng cách thêm một điện trở.

thêm đường ray âm dễ dàng như thêm một cái gì đó như minmax MCW03-05D05.

Vấn đề tôi gặp phải khi sử dụng điện trở là rất khó tìm ra điện trở giống hệt nhau, điều này sẽ gây ra lỗi cho bạn.

— Nisse
nguồn

Đó là một cách khá tốn kém để làm một cái gì đó đơn giản.

— Matt Young

đúng nhưng tôi đoán nó phụ thuộc vào mức độ chính xác mà người ta muốn

— Nisse

1

Bạn đã nói rằng các điện trở là nguồn chính của lỗi. Sử dụng một phần đắt tiền hơn, cùng với việc cần thêm một số loại đường ray âm, không khắc phục điều đó. Sử dụng điện trở với độ chính xác cao hơn có ý nghĩa hơn.

— Matt Young

tốt, nếu không cần khuếch đại thì không cần bất kỳ điện trở nào .. Ngoài ra, đó chỉ là một cách khác để làm điều đó, tôi không nói rằng đó là cách đúng đắn để làm điều đó cho bất kỳ ứng dụng nào, nhưng trong một số trường hợp có thể là tốt hơn là từ bỏ không sử dụng một đường sắt tiêu cực.

— Nisse