Нелинейный коэффициент усиления напряжения ОУ

[lazarev]

Доброго времени суток!
Прошу сильно не пинать, с точностю ОУ особо работать не приходилось.
Пытаюсь собрать на smd рассыпухе линейный усилитель по напряжению с шунта в 0.025 Ohm(smd 1206) на rail-to-rail ОУ MCP6002, который потом будет подключен к ADC микроконтроллера(STM8S), характеристики усилителя:
Напряжение питания ОУ и МК: однополярное +3.0v или +3.3v
Измеряемый диапазон силы тока: постоянный 0-2(2.5)A
Точность измерения: 0.003A
Сопротивление шунта: 0.025 Ohm
Напряжение на выходе усилителя: до +3.0V
Компактность и малое тепловыделение

Перепробовал уже несколько схем на ОУ(неинвертирующий, дифференциальный с смещением, дифференциальный с буфером, измерительный) с однополярным и двухполярным напряжением,
работает нормально при токе через шунт в 0.5A(0,0125V на шунте) и выше, но при менших токах постоянно сталкиваюсь с нелинейным коофициентом усиления который скачет от 10 до 45(при требуемом КУ ~46) в зависимости от силы тока протекающего через шунтирующий резистор в 0.025 Ohm. Очень не хочется ставить шунт побольше (максимум 0.1 Ohm).

Несколько из вариантов схем:

Спойлер

дифференциальный с буфером и результат измерений


измерительный но точность еще хуже

Знаю что есть прецизионный AD8551 rail-to-rail с напряжением смещения до 5мкВ, но бюджет не позволяет. Стоит такой ОУ в smd корпусе в єдинственном магазине радиотехники около $5 и то очень редко бывает в наличии, а ждать из Китая 2 мес. а потом так и не получить посылку тоже не вариант.

Из чего вытекает вопрос:
А можно ли обойтись без прецизионного ОУ и получить нужную точность, ну или возможно есть бюджетные аналоги r2r ОУ с низким смищением напряжения(до $0.5)?

[GARMIN]

Вопрос поставлен неверно в принципе. Ни один ОУ не даёт точности при выходном напряжении равном напряжению питания этого ОУ. В том числе и отрицательного, в однополярной схеме соединённого с землёй.
Добавьте смещение 100 мВ в первую схему, уменьшите усиление на 3%, чтобы не выходить за 3В на полном токе. Вычитайте напряжение смещения программно или измеряйте его вторым каналом АЦП.
ЗЫ кстати, конденсатор С2 подключён неправильно, он портит баланс моста.

[lazarev]

Огромное спасибо GARMIN,

Добавил смещение, пересчитал и результат получился очень хороший но пока только в Протеусе, на выходных попробую перепаять схему и подключить это все к STM8, подозреваю что все будет не так гладко как в симуляции + погрешность ADC, но с моим бюджетом то, гладко и не должно бить

Ни один ОУ не даёт точности при выходном напряжении равном напряжению питания этого ОУ.

Неправильно описал выходное напряжение, в моем случае это будет 2.975V для +3V или 3.2975V для +3.3V, так как для MCP6002 максимальное выходное напряжение Voh=Vdd-0.025V

В результате получилось:

Спойлер

[Pu_ma]

работает нормально при токе через шунт в 0.5A(0,0125V на шунте) и выше, но при менших токах постоянно сталкиваюсь с нелинейным коофициентом усиления который скачет от 10 до 45(при требуемом КУ ~46) в зависимости от силы тока протекающего через шунтирующий резистор в 0.025 Ohm.

Важно при подключении шунта соблюсти токовые и потенциальные входы. Из-за неправильного подключения может быть нелинейность..

[Vovk_Z]

У MCP6002 смещение типовое до 4,5 мВ, неудивительно, что набегает погрешность.

[Николай_С]

Нужен линейный УПТ с коэффициентом усиления 60. Это не проблема при условии правильно выбранного питания. Питание нужно подбирать исходя из рекомендаций даташита. В некоторых ОУ имеется балансировка 0.

[lazarev]

Ну результат получился не очень, скорее всего это связано с точностю китайского мультиметра.

Нужен линейный УПТ с коэффициентом усиления 60.

А можно поподробней, нашел что то похожое на дарлингтон, но разве эта схема может дать линейный коэффициент усиления?

[Николай_С]

Можно.
Забудьте уже о транзисторах. Вам нужен ОУ. При чем, практически любой.
Берете на него даташит и смотрите какие питания ему нужны для нормальной работы. Обычно это +- 0,6 В к выходному сигналу. Дальше делаете типовую схему с ООС с коэффициентом усиления равным 60 и преобразователи питания. При наладке, возможно, придется отбалансировать 0. Это всё.

[lazarev]

Берете на него даташит и смотрите какие питания ему нужны для нормальной работы. Обычно это +- 0,6 В к выходному сигналу. Дальше делаете типовую схему с ООС с коэффициентом усиления равным 60 и преобразователи питания. При наладке, возможно, придется отбалансировать 0. Это всё.

В моем случае, для того чтобы на входе MCP6002 получить 3.25V(Voh=Vdd-25mV) будет достаточно однополярного питания ОУ в +3.3v(Vdd=+1.8V;+6.0V). Vcmr(Vss-0.3V;Vdd+0.3V) я попадаю. Или Вы имели в виду другие параметры?
Разве на однополярном питании r2r ОУ можно получить 0 на выходе, нашел такую схему но думаю будет проще программно отнять смещение на МК:

Спойлер

Пока остановился на этом варивнте с КУ ~68, и при выходе в ~30mV для входного 0.00V

Спойлер