Усилитель/компоратор

[erzya]

День добрый ГОСПОДА!!!
Что я совсем запарился и вроде бы задача поставлена простая, но я почему то в ступоре.
Суть следующая:
- ставлю токовый датчик ACS712ELCTR-05B-T, ток нагрузки будет не больше 2А. Соответственно выходное напряжение с датчика будет изменятся от 2.5в до 2.8в примерно.

1.jpg

ACS712ELCTR-05B-T

(84.86 КБ) 486 скачиваний

- начальное напряжение 2.5в которое всегда будет присутствовать при токе равном нулю хотелось бы прировнять эти 2.5в к нулю, что бы это напряжение росло не от 2.5в, а от нуля. Так же размах 300мВ для меня мал, хотелось бы его увеличить в 10раз. То есть мне надо получить напряжение от 0-3в в зависимости от протекаемого тока через ACS712ELCTR-05B-T и который равен от 0-2А
Понимаю что надо использовать ОУ, компоратор, опорное напряжение 2.вВ, но что то в голову не идет как это все сделать и мне кажется чем больше я думаю тем больше у меня сомнений и я начинаю путаться.
Мужики подскажите как это реализовать, может набросает кто ЧАСТЬ ЭТОЙ СХЕМКИ.
Заранее СПАСИБО..

[mickbell]

Описываю схему, рисовать лень и некогда.
Берётся сдвоенный ОУ - или прецизионный R2R, или даже нечто вроде LM358, если требования по точности разумные. Запитывается от однополярного источника напряжением не менее чем 5 В. Разумеется, нужна блокировка по питанию.
На первом ОУ делается неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 10 (резисторы в обратной связи, к примеру, 27 кОм и 3 кОм), только нижний вывод нижнего резистора соединяется не с общим проводом, а с некоей точкой, потенциал которой 2.7778 В. Об этом - во второй части Марлезонского балета. На вход этого ОУ подаёте напряжение 2.5 - 2.8 В с датчика, на выходе будет 0 - 3 В. Ну ноль не строго ноль, сколько-то милливольт будет. Если нужен строгий ноль, придётся на минусовое питание подать небольшой минус.
Вторая часть Марлезонского балета. Второй ОУ нужен для того, чтобы сделать смещение для первого - то самое напряжение 2.7778 В. Собирается схема неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления (повторитель на ОУ), на вход его подаётся напряжение с делителя, запитанного от какого-нибудь источника опорного напряжения - например, REF198, резисторы рассчитываются так, чтобы получилось именно 2.7778 В. Номиналы не даю, так как они зависят от значения опорного напряжения. Нижний резистор этого делителя полезно зашунтировать конденсатором, да и выход опорного напряжения - тоже надо.

[erzya]

- не совсем понял, что такое R2R
- почему именно напряжение должно быть 2.7778в?
- зачем ставить повторитель если наверно можно подать напряжение в 2.8в сразу на инвертный вход операционника например с LP2985AIM5-2.8
- строгий ноль не нужен, меня больше интересует верхний предел по которому будет настраиваться защита отключения по превышению тока
так разве нельзя упростить схему?

2.jpg

(24.98 КБ) 466 скачиваний

Но опять же рассуждая дальше может нижний резистор делителя посадить на 2.5в и тогда у нас на выходе операционника будет напряжение как раз расти от 2.5В или я ОШИБАЮСЬ.
Не совсем пойму почему надо напряжение 2.7778В

[mickbell]

[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438614#p3438614"]- не совсем понял, что такое R2R[/uquote]R2R, R/R, Rail-to-rail - это микросхема, в данном случае, ОУ, способная работать с сигналами, которые могут изменяться от нижнего до верхнего "рельса" (шины) питания. Обычные ОУ этого не могут. Упомянутый LM358 может только в сторону нижнего "рельса". Различают ОУ R2R по входам, по выходу и по тому и другому.
[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438614#p3438614"]- почему именно напряжение должно быть 2.7778в?[/uquote]Пересчитывайте, вдруг у вас другое значение получится.
[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438614#p3438614"]- зачем ставить повторитель если наверно можно подать напряжение в 2.8в сразу на инвертный вход операционника например с LP2985AIM5-2.8[/uquote]Это - что такое: стабилизатор питания или источник опорного напряжения?
[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438614#p3438614"]- строгий ноль не нужен, меня больше интересует верхний предел по которому будет настраиваться защита отключения по превышению тока
так разве нельзя упростить схему?[/uquote]Так будет несколько смещённый выход. Я считал под ваши хотелки. Если вам моя схема кажется слишком сложной... ну не знаю, не знаю... Только не используйте стабилизаторы питания как источника опорного напряжения.

[erzya]

LP2985AIM5-2.8 - стабилизатор питания, буду следовать вашим рекомендациям и использовать источник опорного напряжения.
Схема не сложная, просто пытаюсь разобраться.
Не совсем понял откуда и как расчитывается 2.7778в?
Почему нельзя использовать или все же можно использовать источник опорного напряжения вместо второго операционника?
И какое все же напряжение нужно давать на нижний резистор? По вашим расчетам это 2,7778в амне думается, что надо 2.5В и тогда на выходе операционника будет расти напряжение от 0В и выше.
Я могу ОШИБАТЬСЯ, поэтому хочу разобраться и прошу Ваших советов и по возможности разъяснений.
**********************************************************************************************

Немного поразмыслив пришло ко мне прояснение почему резистор надо подтягивать к 2.8в а не к 2.5 )))

[mickbell]

Назовём интересные точки схемы.
Неинвертирующий вход - точка 1.
Инвертирующий вход, он же средняя точка делителя обратной связи - точка 2.
Выход, он же верхняя точка делителя обратной связи - точка 3.
Опорное напряжение - точка 4.
Что мы имеем?
Постулат номер один: U4 = 2.5 В.
Постулат номер два: U2 = U1, во всяком случае пока ОУ находится в линейном режиме.
Постулат номер три: U2 = (U3-U4)/10+U4. Или, по-другому: U3 = (U2-U4)*10+U4.
Допустим, U1 = 2.5 В. Тогда U2 = 2.5 В, а U3 = (2.5-2.5)*10+2.5 = 2.5 В. Не совсем то, что вам хотелось, не правда ли?

[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438633#p3438633"]Немного поразмыслив пришло ко мне прояснение почему резистор надо подтягивать к 2.8в а не к 2.5 )))[/uquote]Ага, вижу, дошло. Однако, 2.8 В - тоже не самое лучшее решение. С ним малые значения токов пропадут - это во-первых. Во-вторых, точность измерения будет заметно хуже, чем если бы источником опорного напряжения был опорник, а не питальник. Я, кстати, вообще не уверен, что при входящем в выход токе этот питальник выдаст нормальный выход. Короче, чем фигнёй маяться, поставьте повторитель, как я предложил, и будете иметь гарантированно корректную работу.

[erzya]

Я вообще думаю поставить опорник, но ближайший по номиналу это 3.0В, что для меня в принципе не особо критично, но тогда нижний резистор делителя надо ставить 6к2 что бы выйти в ноль при 2.5в. При этом у меня получается размах на выходе операционника не 0-3в, а 0-1.75в примерно

[mickbell]

Если опорник 3.0 В, то его выход подаёте на делитель: сверху 1.2 кОм, снизу 15 кОм, получится именно то, что надо. Потом его через буфер... дальше всё понятно. Видите, я вам даже номиналы круглые подобрал, ряда E24.

[erzya]

Про макетировал в протеусе и получается, что при опорном напряжении 3в и делителе 1к2, 15к на выходе имеем напряжение 2.95 при входе 2.8в и 0,08в при входе 2.5в. При этом обратная связь 30к + 2к4.
Как то так.

[mickbell]

Странные какие-то номиналы и странный какой-то результат.

[erzya]

Вот нарисовал

[mickbell]

Тогда всё понятно. Ну ладно, без буфера - так без буфера. Просто надо тогда выходное сопротивление делителя (1.2 кОм || 15 кОм) добавлять к 2.4 кОм; получается 1.111 кОм. Тогда верхний резистор ОС должен быть 31.6 кОм, то есть добавьте ещё 1.6 кОм ему последовательно, и должно быть ещё лучше, ещё точнее.

[erzya]

совсем большая точность мне не нужна, а вот про буфер бы послушал от Вас рекомендации. Что именно и как поставить.

[mickbell]

Уже не надо, вы и без него справились. А так-то я говорил уже: второй ОУ из того же корпуса (нынче проще найти два опера в одном корпусе, чем один) по схеме повторителя с единичным коэффициентом усиления: выход соединяете с инвертирующим входом, и всех делов.

[erzya]

Вот так?

[mickbell]

Ага, только на выходе ОУ ёмкости быть не должно. Нечего ей там делать, а устойчивость ухудшить она вполне может. Ну и, разумеется, при наличии буфера номиналы должны быть другие, чем без него.

[АлександрЛ]

В зависимости от требуемой "точности" и от бюджета- если особо не ограничиваться, я бы применил "инструментальный усилитель" - там всё просто- на один вход подаёшь "опорное" напряжение, на другой - "измеряемое", резистором Rg устанавливаешь нужный коэффициент усиления- и "золотой ключик у вас в кармане".. Недостаток способа- если нужно иметь выходной сигнал "от нуля" - то двухполярное питание, и цена.. Примерно раз в 30 дороже того же LM358..
Можно, конечно, сделать "инструментальный усилитель" на дешевом счетверённом ОУ, нк, LM324, например, или TL074, но тогда параметры получившегося "инструментального усилителя" будут явно "не очень".. Но, всё равно лучше, чем варианты на одном/двух ОУ..

[erzya]

[uquote="АлександрЛ",url="/forum/viewtopic.php?p=3438781#p3438781"]Недостаток способа- если нужно иметь выходной сигнал "от нуля" - то двухполярное питание, и цена..[/uquote]
Дело в том, что у меня в схеме нет двухполярного питания,а вводить его ради этого не вижусмысла.

[mickbell]

[uquote="erzya",url="/forum/viewtopic.php?p=3438761#p3438761"]Вот так?[/uquote]Кстати, резистор 2.4 кОм можно вообще выкинуть. Тогда верхний резистор ОС должен быть 10 кОм. Вместе с нижним "резистором" 1.2 кОм||15 кОм = 1.1111 кОм он образует делитель с нужным коэффициентом деления (= 9). Попробуйте такое смоделировать, а потом и реализовать живьём. Должно работать.

[El-Eng]

- начальное напряжение 2.5в которое всегда будет присутствовать при токе равном нулю хотелось бы прировнять эти 2.5в к нулю, что бы это напряжение росло не от 2.5в, а от нуля. Так же размах 300мВ для меня мал, хотелось бы его увеличить в 10раз. То есть мне надо получить напряжение от 0-3в в зависимости от протекаемого тока через ACS712ELCTR-05B-T и который равен от 0-2А

То, что вам нужно, называется "Схема вычитания". Вот она из Титце-Шенка.



Коэффициент aN=aP=a(альфа) нужно взять равным 10, U1 нужно взять равным 2.5В, а U2 будет ваше входное напряжение. ОУ нужно взять Rail-to-Rail или для однополярного питания, он должен быть способен выдавать от 0 до 3В. Схему можно пересчитать и для другого U1 (но не для всякого), полная формула для выходного напряжения будет:

Ua=[(1+aN)/(1+aP)]*aP*U2-aN*U1.

Subtract.jpg

(24.45 КБ) 697 скачиваний