ЦАП на R2R

[LastHopeMan]

Делаю ЦАП на R2R. Получается при напряжении 5В ЦАП при максимальном цифровом значении выдает 1.66В (Согласно формуле ВЫХОД = 1/6 * E * (1* K1 + 1/2 * K2 .... )).
А мне нужно, чтобы на выходе было от 0 до 5В. При этом желательно бы обойтись элементарными деталями, включая операционный усилитель, которые есть под рукой. И не привязываясь к 5В на самом деле, теоретически мы же можем управлять прямо с ЦАП любым проводом. Главное, чтобы максимальное напряжение соответствовало максимальному цифровому значению.

Мне первое пришло в голову, это что-то натворить с делителями и операционным усилителем. Надо как-то сделать так, чтобы среднее цифровое значение соответствовало половине напряжения провода, в нашем случае 2.5В, а остальное не важно. Тогда операционный усилитель можно запитать однополярно, ну и что-то там сотворить с обратной связью, чтобы он не так жутко усиливал (чтобы работал в режиме усиления).
Голова уже не варит, подкиньте идею?

[mickbell]

И где проблема-то? Сейчас диапазон напряжений 0 - 1.66 В, если неинвертирующим усилителем с коэффициентом 3 на ОУ его усилить, то будет 0 - 5 В (ну чуть до пяти не дотянет, это естественно), среднее как раз получится 2.5 В. Схему неинвертирующего усилителя рисовать, что ли?

[LastHopeMan]

Так у меня нет же питания отрицательного -5В чтобы подать на ОУ. Или вы предлагаете запитать минус от земли?

[Martin76]

нет же питания отрицательного -5В чтобы подать на ОУ.

Ну если какой нибудь LM358, то конечно без отрицательного питания не обойтись, чтобы был ноль на выходе, а если Rail-to-rail, какой нибудь банальный и дешевый МСР601 к примеру, то можно вполне от одного 5В сделать.

[mickbell]

Будет немного до общего не дотягиваться, милливольт на сто где-то. Если не критично, то - ага.

[LastHopeMan]

нет же питания отрицательного -5В чтобы подать на ОУ.

Ну если какой нибудь LM358, то конечно без отрицательного питания не обойтись, чтобы был ноль на выходе, а если Rail-to-rail, какой нибудь банальный и дешевый МСР601 к примеру, то можно вполне от одного 5В сделать.

Ну вот (((
А я накупил себе 358 штук сто и был полностью уверен, что вопрос наличия этой детали для меня закрыт. А тут оказывается, потеря полтора вольта.

Да я смотрю они еще и маломощные все, даже те, которые "мощные". А если у меня задача выдать определенный вольтаж для мощной нагрузки от 1000 mA? То есть чтобы выход был примерно той же мощности, что и источник его питающий.

[Stasjuk]

Пример мощных: LA6500, L2720, L2722, L2724 и т.д. и т.п. Ну и микросхемы УМЗЧ конечно, типа TDA2030, TDA2003 и т.п.
Минус 5 можно сделать на ICL7660, дешево и сердито.

[LastHopeMan]

Посмотрите пожалуйста схему.

Пока начинал печатать это сообщение, были только обрывки. В итоге выросло в такую вот схему, что даже подписывать пришлось. Представьте, что это мега мощный выходной пин ЦАП, который может адаптироваться под мощную нагрузку. Специально для этого доработал схему так, чтобы при подключении мощной нагрузки (до 2.5 ампер) транзистор пропускал повышенный ток за счет удорожания бесполезного тока с базы в операционный усилитель.
Под 5 вольт нашел операционный усилитель MCP602-I/P, который удовлетворяет по цене и по корпусу, а также (вроде бы, если я правильно все понял, по характеристикам потери вольтажа на границах питания).

Вот собственно схема. Оно вообще работать-то будет??

БезумнаяСхема.jpg

(67.79 КБ) 1203 скачивания

UPD: дико извиняюсь, но сверху еще сопротивление должно стоять от выхода ОУ к базе транзистора. А иначе есть риски, что ток не потечет с коллектора, т.к. напряжение там будет ниже, чем на базе. Теоретически...

[mickbell]

Больше четырёх вольт не выдаст, если питать пятью вольтами. Смысла в цепях, выделенных жёлтым, я не вижу. Обратная связь сама отследит падение напряжения на нагрузке. Вот только питания не хватит. Даже если опер выдаст строго 5 вольт, 0.7 В (а если транзистор - дарлингтон, то и все 1.4) упадёт на эмиттерном переходе, и никакой дополнитльный транзистор ничем не поможет. Питать это надо хотя бы девятью вольтами. Резистор из базы выходного транзистора убрать, и всё выделенное жёлтым - тоже. Резистор на инвертирующем входе опера тоже ни к чему. И всё будет работать.

[vlasovzloy]

Давным давно делал с 561 инверторами на выходе и резисторами каждый мзр больше в два раза сзр
У этого варианта от 0 до 5 вольт сигнал был

Я к тому что супер точности цапов с внешними резисторам не получить, а в моем варианте всего 1 резистор на 1 бит

[LastHopeMan]

Схема желтым нужна чтобы вместо 10к резистора в операционник шел 100 резистор. Потому что если сразу бы поставил 100, то и потребление тока через него возрасло бы. А зачем нам много потребять, когда нагрузка мало потребляет? Поэтому и сделал так, что если нагрузка требовательная, то и система малого сопротивления включится. А если нет, то жрать тока больше, чем сама нагрузка - это стыд и срам.

Что касается потерь 0.7 вольт, поясните пожалуйста? По моим данным, 0.7 падает между базой и эмиттером, а падение коллектор-эмиттер определяется током базы. Разве нет? Я же не с базы нагрузку питаю, а с коллектора.

[mickbell]

Я, оказывается, не разглядел рисунок. Там на выходе PNP эмиттером кверху, а я этого не увидел. Ставьте дарлингтон туда и оставьте 10 кОм, без его закорачивания.

[LastHopeMan]

Что-то голова кругом...
Какой там дарлингтон, если он все сломает же. У него обязательно будет падение напряжения на 0.7 вольт, потому что в противном случае ток через второй транзистор просто не пойдет, а поэтому и первый будет закрыт. Симулятор со мной согласен.

Я же решаю задачу управления напряжением, чтобы падение вольтажа было минимально от изначального, и затраты на это управление были минимальны. Только что-то мне подсказывает, что в моей схеме транзистор будет сильно греться.

[mickbell]

Что-то голова кругом...
Какой там дарлингтон, если он все сломает же. У него обязательно будет падение напряжения на 0.7 вольт, потому что в противном случае ток через второй транзистор просто не пойдет, а поэтому и первый будет закрыт. Симулятор со мной согласен.
Я же решаю задачу управления напряжением, чтобы падение вольтажа было минимально от изначального, и затраты на это управление были минимальны.

Распишем напряжения и токи. В нагрузку, как я понял, может идти не более трёх ампер. Если ставить дарлингтон с усилиением по току не менее тысячи (а это наверняка так и будет), то базовый ток будет не более 3 мА. Причём чем меньше ток нагрузки, тем меньше базовый ток, при отключенной нагрузке он практически нулевой. Теперь напряжения. На эмиттере плюс пять вольт. Тогда на базе +3.6 В. На выходе опера, если он R2R, будет от 0.2 В до 4.8 В. Падение на базовом резисторе - максимально 3.4 В. То есть его сопротивление должно быть 1 кОм (десять - всё-таки многовато), тогда ток базы получается от нуля (когда на выходе опера 4.8 В) до 3.4 мА (когда на выходе опера 0.2 В). Что тут сломается?

Только что-то мне подсказывает, что в моей схеме транзистор будет сильно греться.

Конечно, будет, и это от схемы не зависит. Потому что он находится в линейном режиме. Ну как сильно? Если давать в нагрузку не более трёх ампер, то всяко не больше чем на 15 ватт, а это - не такой уж большой радиатор.

PS. Подумалось тут. Если ставить дарлингтон, то опер не обязательно R2R. Потому как даже если на его выходе будет 4 вольта, дарлингтону этого уже хватит, чтобы напрочь закрыться. А если на выходе будет один вольт, то для получения нужного базового тока этого вполне хватит.

PPS. Выход LM358, как я сейчас глянул, не дотягивает до питания на полтора вольта. Многовато. Ну да ничего страшного. Ставим ещё один резистор, между базой и эмиттером дарлингтона, получается делитель. Сопротивление этого резистора должно быть порядка 3.3 - 4.7 кОм. В этом случае транзистор будет закрываться гарантированно даже при никакой нагрузке (минимальная всё же нужна, но она уже есть на схеме).

[LastHopeMan]

Да 358 мне уже ранее забраковали. Я MCP602 взял, с ними все должно быть четко. По поводу нагрева транзистора - я вообще против радиаторов и нагревов в технике карманных размеров, работающей "на батарейках". Надо значит что-то выдумывать, чтобы импульсы были. У меня изначально идея была, чтобы через транзистор импульсы ходили и подкармливали конденсатор, а он уже питал нагрузку. Только не дотянул идею, запутался. Может подскажете идею, как мне здесь на простых деталях сделать рывками? Ну чтобы транзистор открывать и закрывать без ШИМ, мониторя выходной конденсатор.

По поводу дарлингтона мне кажется, что у вас ошибка. Чтобы на базу второго транзистора шел ток с эмиттера первого транзистора, он должен быть хотябы 0.7В. А это ограничение - значит мы выше 4.3В не дадим через него. Потому что через базу второго не потечет ток с эмиттера первого - будет течь только с базы первого. Значит на нагрузке всегда будет 0.7В недобор. Вглядитесь в картинку дарлингтона.

[mickbell]

По поводу нагрева транзистора - я вообще против радиаторов и нагревов в технике карманных размеров, работающей "на батарейках".

Разумно.

Надо значит что-то выдумывать, чтобы импульсы были. У меня изначально идея была, чтобы через транзистор импульсы ходили и подкармливали конденсатор, а он уже питал нагрузку. Только не дотянул идею, запутался. Может подскажете идею, как мне здесь на простых деталях сделать рывками? Ну чтобы транзистор открывать и закрывать без ШИМ, мониторя выходной конденсатор.

Мониторингом выходного конденсатора занимается любой преобразователь топологии buck, он же step-down. На простых деталях - это, значит, надо взять готовый контроллер и ключ-мосфет. Будет самое простое и без лишних расходов на обогрев Вселенной. А уж как он работает - с ШИМом или ещё как - да какая разница? Короче, подберите контроллер по вкусу и - вперёд, по типовой схеме из даташита. Главная засада - его низковольтность. Наверняка бывают.

По поводу дарлингтона мне кажется, что у вас ошибка. Чтобы на базу второго транзистора шел ток с эмиттера первого транзистора, он должен быть хотябы 0.7В.

Не "он", то есть ток, а падение на втором эмиттерном переходе должно быть порядка 0.7 В.

А это ограничение - значит мы выше 4.3В не дадим через него. Потому что через базу второго не потечет ток с эмиттера первого - будет течь только с базы первого.

Это значит другое: если мы дадим на базу относительно общего больше, чем 3.6 - 3.8 В, то тогда транзистор будет закрыт. А если меньше, то открыт, насколько открыт - это уже зависит от тока базы.

Значит на нагрузке всегда будет 0.7В недобор.

На нагрузке напряжение (в случае PNP транзистора) вполне может быть выше напряжения базы. Обратите внимание: напряжение насыщения база-эмиттер обычно больше напряжения насыщения коллектор-эмиттер.

Вглядитесь в картинку дарлингтона.

Да знаю я её прекрасно.

[LastHopeMan]

Ну так и не подходит дарлингтон. Я за каждую сотую вольта бьюсь чтобы вольтаж питания при максимальном цифровом значении передавался "как есть", а тут 0.7 ради экономии одного операционного усилителя

[mickbell]

А если туда вообще мосфет? С P-каналом и низким напряжением отсечки? А что, по-моему, годная мысль.

[LastHopeMan]

Я пытался в симуляторе что-то наколбасить с мосфетом, только в итоге получился какой-то бред. Напряжение выше половины не держал от слова совсем. Я просто не могу понять, как эти долбаные мосфеты работают и работают ли они вообще. Одно дело цифровой сигнал в широкой области, а другое дело точный аналоговый... все упирается в напряжение 5В.

[mickbell]

Так не всякий мосфет туда пойдёт. Работают они, грубо говоря, так: чем больше напряжение на затворе (в случае P-канала - отрицательное, поэтому чем больше по абсолютной величине, без учёта минуса), тем меньше сопротивление канала сток-исток. Причём, в отличие от биполярного транзистора, у мосфета нет минимального напряжения сток-исток вроде напряжения насыщения биполярного, а есть только сопротивление полностью открытого канала - которое может измеряться единицами миллиомов. Есть и минусы. Один из них - огромная (в сравнении с биполярным) ёмкость затвор-исток, другая - для полного открытия напряжение на затворе может требоваться до 10 вольт и больше. Первый недостаток в данном случае несущественный (а где существенный, ставят драйвер затвора), второй преодолим правильным выбором типа мосфета. Тут придётся повозиться. И отлаживать девайс надо не в симуляторе, а в реальном макете.
Короче, предлагаю порыться по помойкам в инете и найти подходящий мосфет - обязательно P-канальный с маленьким напряжением затвора, при котором он полностью открывается.