Làm thế nào tôi có thể thiết kế một mạch clipper bảo vệ cho đầu vào ADC?
Câu trả lời:
Có lẽ đơn giản nhất là một bộ giới hạn zener đơn giản:
Điều này cũng sẽ giới hạn điện áp âm xuống khoảng .7 0,7 V, mặc dù giới hạn này sẽ không được kiểm soát tốt.
Chỉnh sửa: Tôi hiển thị 100 Ohms tại R1. Đây chỉ là một giá trị mặc định. Bạn muốn có giá trị cao như bạn có thể sử dụng, dựa trên băng thông của tín hiệu bạn đang lấy mẫu và nhu cầu hiện tại đầu vào của ADC của bạn. Điện trở này càng cao, dòng điện zener càng thấp càng chìm trong điều kiện quá điện áp, do đó, zener càng nhỏ (và chi phí thấp hơn). Bạn có thể muốn thêm một tụ điện song song với zener để nó kết hợp với R1 để tạo thành bộ lọc khử răng cưa cho ADC của bạn.
Tùy chọn chi phí thấp hơn nếu bạn có đường ray 5 V có thể chìm đủ dòng điện và bạn không ngại giá trị giới hạn cao hơn 5 V một chút:
Bạn có thể mua hai điốt trong một gói kép cho chính xác mục đích này. Nếu bạn muốn giá trị giới hạn ở gần 5,2 V hơn 5,7 V, hãy sử dụng điốt schottky thay vì điốt silicon thông thường.
Chỉnh sửa 2
Như Steven chỉ ra, có một sự đánh đổi ở đây. Một zener sẽ bắt đầu tiến hành một chút ở mức hiện tại thấp và nguồn mà bạn đang đo cần có khả năng cung cấp đủ dòng để điều khiển nó đến 5 V để có được mức cắt mà bạn muốn. Nếu bạn thực sự cần phải có thể đạt tới 5.0 V trước khi bắt đầu cắt, bạn có thể cần sử dụng, ví dụ, zener 5,3 V thay vì 5,0 V và chắc chắn rằng nguồn của bạn có thể cung cấp ít nhất 10 uA. Sau đó, tất nhiên bạn không được đảm bảo để clip dưới 5,5 V.
Mặt khác, kết nối diode với đường ray dương (giải pháp thứ hai của tôi, cho dù sử dụng điốt ngoài hay là có thể được tích hợp vào inptus ADC của bạn) sẽ chỉ hoạt động nếu có đủ tải trên đường ray 5 V để chìm hiện tại được cung cấp bởi các nguồn quá áp. Trong mạch điện năng thấp, quá điện áp có thể khiến nguồn cung cấp 5 V của bạn vượt quá quy định và gây ra tất cả các loại hành vi bất ngờ trong các phần khác của mạch điện.
Bạn có thể giới hạn dòng điện cần được chìm trong điều kiện quá điện áp bằng cách tăng giá trị R1. Nhưng khả năng của bạn để làm điều đó bị giới hạn bởi băng thông bạn muốn có thể đo được trong tín hiệu đầu vào và / hoặc dòng điện đầu vào cần thiết cho ADC của bạn.
Cũng không đúng khi điện áp zener "thay đổi theo dòng điện". Sẽ đúng hơn khi nói rằng có một dòng rò nhỏ, ở mức 10-100 uA, dưới ngưỡng zener. Khi zener đi vào hoạt động tuyết lở, điện áp có thể rất ổn định trong nhiều thập kỷ hiện tại. Đây là IV điển hình của một gia đình On zener:
Lưu ý rằng các zener có giá trị cao hơn có độ ổn định tốt hơn so với các giá trị thấp. Và tất nhiên, cũng có các biến thể nhiệt (1-2 mV / K điển hình cho phần On Semi ở mức 5.1 V) để lo lắng nếu bạn muốn điện áp cắt rất ổn định.
Đã có lúc tôi nghĩ điốt zener là tuyệt vời. Bây giờ tôi biết rằng họ không phải. Như một vấn đề của thực tế họ bốc mùi. Diode này có dung sai 4% ở 250 HP, do đó bạn có thể mất 200 mV hàng đầu khi đọc, nhưng nó còn tệ hơn: ở điện áp 10enerA zener chỉ là 4,3 V, đó là lỗi 14%. Nếu đầu vào của bạn đến từ nguồn trở kháng tương đối cao, như bộ chia điện trở, bạn có thể mất 700 mV hàng đầu.
Hầu hết các bộ vi điều khiển đều có điốt kẹp trên chân I / O của chúng:
Bạn có thể sử dụng chúng. Nếu tín hiệu của bạn đến từ đầu ra trở kháng thấp, bạn sẽ muốn thêm một điện trở nối tiếp để bảo vệ diode kẹp chống lại dòng điện quá cao. 50 mA thường được chỉ định là Xếp hạng tối đa tuyệt đối. Nếu bạn sử dụng điện trở 15 kΩ, bạn sẽ giới hạn dòng điện ở mức 1 mA cho đầu vào 20 V. Photon chỉ ra rằng hiện tại không nên quá cao. Đó là bởi vì bạn đang bơm dòng điện trong đó điện áp đến từ một bộ điều chỉnh điện áp, và điều đó chỉ có thể tạo ra dòng điện, không làm chìm nó. Vì vậy, nếu một nguồn bên ngoài bơm dòng điện của bộ điều chỉnh sẽ có thể thoát nó xuống đất.
Như PetPaulsen chỉ ra rằng có tranh luận về việc liệu đây có phải là thông lệ được chấp nhận hay không. Bảng dữ liệu có thể nói đầu vào tối đa là Vcc + 0,3 V, nhưng cũng có thể nói tối đa 20 mA cho các điốt kẹp (ví dụ như bộ điều khiển PIC này . Điều đó có thể có nghĩa là giảm điện áp diode kẹp nhỏ hơn 0,3 V, ví dụ nếu chúng
Dù sao, Schottky's. Dù sao, bạn luôn có thể sử dụng diode ngoài của riêng mình để kẹp vào Vcc. Diode Schottky này chỉ giảm 100 mV ở 10 mA, vì vậy nó sẽ kẹp đầu vào đến giá trị an toàn. Đừng quên điện trở 15 kΩ cho nguồn trở kháng đầu ra thấp.
Nếu điện áp đầu vào của bạn không âm thì không cần kẹp đất.