Преобразование тока в напряжение на операционном усилителе

[zhogar]

Здравствуйте. Необходимо измерять токи порядка 250 нА - 50 мА при помощи микроконтроллера, строю выше озаглавленное схемотехническое решение. Предполагается ставить внешний АЦП.
Но вот беда, чтобы измерять значения от 250 нА до 50 мА, тут никакой дискретизации АЦП не хватит, а измерять эти значения необходимо непрерывно.

Как быть разбивать на два диапазона, ставить еще один ОУ?

Заранее спасибо. С уважением.

[Vilsi]

сам и ответил. имхо тут бы даже три диапазона надо. а дискретизацию можно вобще-то переключать программно. хотя, надо смотреть, насколько это удобно.
или ставить один ОУ, опять же, переключаемый программно. тоже вариант.

[GARMIN]

Кусочно-линейная функция на ключах и компараторах позволит уместить три диапазона в один. Правда с некоторой потерей точности.

[zhogar]

В общем сейчас попробую промоделировать в LTspice входную часть без цифровой.
Есть ADC и 20bit, но имхо по моему это слишком, мне фА не нужны.
Подскажите какие схемные решения еще могут быть по мимо отрицательной обратной связи дифф.усилителя?
И как правильно защититься по входу от статики и наведенки? Ведь токи малые, а мне параллельно в цепи измерения, как я понимаю, лишняя обвязка не нужна.

[zhogar]

Кусочно-линейная функция на ключах и компараторах позволит уместить три диапазона в один. Правда с некоторой потерей точности.

Если не составит труда, могли бы набросать примерную схемотехнику? Слабо понял о чем вы пытаетесь сказать.

[zhogar]

Да, и по входу нужно ли усиливать сигнал поливиками, или это лишнее (т.к. температура и т.д)., возможно есть какие-то решения от AD, TI и т.д., дабы не изобретать велосипед?

[Slabovik]

Ток втекающий? Или транзитный?
Если втекающий, то возможно логарифмирование на PN переходе.

[GARMIN]

Я имел ввиду что-то подобное логарифмическому усилителю, реализованному кусочно-линейными функциями. Что-то вроде переключателя резисторов обратной связи в зависимости от выходного напряжения.
Сейчас думаю, что такое маловероятно реализовать, уж лучше логарифмический усилитель.

[Igor3]

Давным-давно, когда деревья были большими, а АЦП были неинтегральными, и тоже большими, для преобразователей с большой точностью/разрядностью/линейностью применялись преобразователи ток/напряжение – частота...

[Slabovik]

Сижу, медитирую схему, и что-то у меня сомнение вырастает. А зачем 50 мА для обратного тока? Ведь там и 1 мА - катастрофа. И гарантированный брак изделия. Даётся мне, что надо бить на два диапазона, например 0,1..50 мА - это для контроля прямого тока, а 0,0002...0,100 мА - для обратного. Это и так 500-кратные диапазоны получаются. Ведь один фиг режимы измерения переключаются, так что непрерывность мне кажется излишней.

Да и наноамперы у меня пока что откровенно не выходят - ужасный дрейф по температуре

Да, при каком напряжении обратный ток измеряется? Оно фиксировано, или может настраиваться? Не более 10 вольт?

И ещё. На измерение прямого падения напряжения тоже просится "необычный" усилитель, но уже экспоненциальный.

[zhogar]

Сижу, медитирую схему, и что-то у меня сомнение вырастает. А зачем 50 мА для обратного тока? Ведь там и 1 мА - катастрофа. И гарантированный брак изделия. Даётся мне, что надо бить на два диапазона, например 0,1..50 мА - это для контроля прямого тока, а 0,0002...0,100 мА - для обратного. Это и так 500-кратные диапазоны получаются. Ведь один фиг режимы измерения переключаются, так что непрерывность мне кажется излишней.

Да и наноамперы у меня пока что откровенно не выходят - ужасный дрейф по температуре

Да, при каком напряжении обратный ток измеряется? Оно фиксировано, или может настраиваться? Не более 10 вольт?

И ещё. На измерение прямого падения напряжения тоже просится "необычный" усилитель, но уже экспоненциальный.


50 мА - это как-раз для прямого тока. 1 мА - для обратного вполне хватает, чтобы забраковать.
Здается мне, что на неинвертирующую лапу нужно тот же наменал резистора подкинуть, где-то читал за это, и в паралель кинуть кондеры.
обратный при приложенных 5 В прецензионного напряжения.
За чем? на подение напряжение помоему достаточно стабилизировать ток протикания, к примеру Iпр. = 20мА , прикладываем теже 5В, но падение из-за стабилизации будет то, которое и есть на кристале (смотрите схему что я прислал, там где полицик, а верхняя микруха слева, как раз походу и задает регулирование стабилизации тока). Если я правильно себе это представит, прошу поправьте если я не прав.
Да и еще LTspice - вполне справляется с моделированием, чтобы не городить макетку.

[zhogar]

Ремарка: да, еще прошу не отражать суть вопроса в главном посте. Т.к. вы откликнулись я Вам выслал схему, ее прошу не публиковать. Если есть конкретные вопросы, прошу в личку.
В свою очередь, со временем отпишу сюда не большой топик по решению подобной задачи.
Спасибо большое, за помощь, и понимание!

[zhogar]

Набрасал тут схемку, а вот теперь думаю, а нужно ли в моем случае двуполярное питание?..

[Vovk_Z]

Смотря, какие ОУ. Под двухполярное питание много больше выбор прецизионных ОУ.
А где шунт? Какие номиналы элементов? Узел на первом ОУ выглядит неполным.

[Slabovik]

Про шунт повеселили. Как бы это сказать... он здесь и не нужен, собственно. В силу свойств каскада на ОУ.

zhogar, двуполярное питание нужно, т.к. только благодаря ему можно получить правильный ноль на выходе ОУ. В противном случае придётся водиться с виртуальной землёй и "вывеской нижнего конца" АЦП на этот потенциал. А такая возможность есть далеко не у всех дешёвых АЦП.

Там не менее, данная схема является линейной, следовательно также имеет проблемы с разрешением в области малых значений. Тут придётся вспоминать метрологию и ужасаться, что погрешность даже в начальной области шкалы составляет какой-то процент от максимального её значения. Именно поэтому я предлагаю логарифмический преобразователь, а не линейный.

Да, на этой схеме второй ОУ надо балансировать. Хотя, лучше первый. Но минимум один - точно надо.

[zhogar]

Про шунт повеселили. Как бы это сказать... он здесь и не нужен, собственно. В силу свойств каскада на ОУ.

zhogar, двуполярное питание нужно, т.к. только благодаря ему можно получить правильный ноль на выходе ОУ. В противном случае придётся водиться с виртуальной землёй и "вывеской нижнего конца" АЦП на этот потенциал. А такая возможность есть далеко не у всех дешёвых АЦП.

Там не менее, данная схема является линейной, следовательно также имеет проблемы с разрешением в области малых значений. Тут придётся вспоминать метрологию и ужасаться, что погрешность даже в начальной области шкалы составляет какой-то процент от максимального её значения. Именно поэтому я предлагаю логарифмический преобразователь, а не линейный.

Да, на этой схеме второй ОУ надо балансировать. Хотя, лучше первый. Но минимум один - точно надо.

Шунт содрал, т.к. увидел на чужой схеме, которая якобы нА измеряет. Схема, да линейная, в принципе стандартная. На счет двуполярного питания Вы правы. По ширине изменения думаю от 250нА до 1мА думаю хватит, соответственно и погрешность уменьшится.

Что скажите на счет OPA177, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa77.pdf , схема Current to Voltage ?

[Vilsi]

а чё-то про шунт тоже не понял. нарисован входной ток, а по какой цепи он замыкается? через VD2?
пример, чисто для понимания работы схемы: резистор в ООС=1 МОм, входной ток 1 мкА. вопрос: какое напряжение будет на входе ОУ и какое на выходе?

[Slabovik]

Напряжение на выходе будет ровно такое, чтобы ток через резистор ООС точно скомпенсировал ток, подаваемый на вход. Для вашего примера: на выходе будет -1.0 вольт.

[zhogar]

Что-то я решил, что даже 1 мА - это много, наверное от 250 нА до 50 мкА - вполне сгодится.
Опорное напряжение на АЦП думаю 2,56 В вполне хватит, единственное, есть ли смысл ставить внешний АЦП, если допустим 10-бит для дискритизации вполне хватит?

[Vovk_Z]

а чё-то про шунт тоже не понял. нарисован входной ток, а по какой цепи он замыкается? через VD2?
пример, чисто для понимания работы схемы: резистор в ООС=1 МОм, входной ток 1 мкА. вопрос: какое напряжение будет на входе ОУ и какое на выходе?

1 МОм там не ставится. До меня дошло, этот резистор ООС и является шунтом (вспомнилось, что я когда-то сам такую схему собирал). Т.е. это диапазон сопротивлений 1..1000 Ом.
Однако, она для маленьких токов, а тут собирались делать на 50 мА.