Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?

Eastlogic

Десятые доли вольта - это уже дело !!!
Я вот недавно в довольно точном задатчике тока использовал OPA2227 (там есть варианты OPA227, OPA2227, OPA4227 - одинарный, сдвоенный, счетверенный).

Очень мне они понравились. Т.к. низкое напряжение смещения и характеристики пронормированы во всем диапазоне температур, ничего никуда не уплывает. Полоса единичного усиления 8Мгц, там сами смотрите, хватит ли полосы при Вашем Ку. Я надеюсь, Вы понимаете о чем я говорю. Если нет, могу подсказать где прочитать.

Если не будет хватать можно или на две ступени переиграть с меньшим усилением, либо OPA228 применить - это тоже самое, но с большей полосой и скоростью нарастания. Однако, будте внимательны, для OPA228 рекомендуется Ку>=5.

Немного дороговаты, но не я за них платил )))

Есть еще OPA277, вроде как точнее, но шумнее и много медленнее. Однако входное сопротивление больше, видимо входы как-то по другому сделаны.

Сейчас много хороших операционников есть, от LT, например. Вопрос в деньгах и доставабельности.

Можно много путей найти - в конце концов можно очень дешево штук 20 купить тех же TL071/TL081, заморочиться и собрать простой усилитель и всех их (перетыкивая в панельке) промерить на вопрос величины напряжения смещения (без триммирования), выбрать лучшие экземпляры и их еще затриммировать по типовой схеме из даташита - т.е. еще уменьшить напряжение смещения подстроечником. Это вообще практически бесплатно, если времени не жалко...))) Но у них дрейф от температуры (по даташиту побольше будет).

С прицезионными ОУ Вы все тоже самое и даже НАМНОГО лучше, получите автоматически.

Вообще-то нужно определиться с требуемой точностью, диапазоном температур...

Реклама

Vlad_RK

[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3779490#p3779490"]Полоса единичного усиления 8Мгц, там сами смотрите, хватит ли полосы при Вашем Ку. Я надеюсь, Вы понимаете о чем я говорю.[/uquote]Да, при повышении усиления полоса сужается.

С прицезионными ОУ Вы все тоже самое и даже НАМНОГО лучше, получите автоматически.
Вообще-то нужно определиться с требуемой точностью, диапазоном температур...

У меня получается эдакий измерительный прибор, потому точность хотелось бы максимальную.
Температура комнатная, пусть будет от 15 до 30 гр.С. Температурный дрейф ОУ должен быть минимальным. Еще резисторы для обвязки ОУ буду искать 1% с малым ТКС.
Вот эту часть схемы - получение напряжения с шунта и преобразование его в диапазон требуемый для АЦП, хотелось бы сделать максимально точной и стабильной, чтобы не грешить хотя бы на нее.
OPA2228 в районе 100 руб/шт, очень даже недорого. Какие еще есть ОУ с более высокими характеристиками?

Реклама

Eastlogic

LTC1051 - не очень скоростной, OPA320 глянул - просто шик, но он Single supply (((

Тут вопрос такой, как правило с уменьшением собственных погрешностей ОУ также снижаются и скоростные характеристики.

Вообще, если по такой цене оптимальней OPA2228 вряд-ли найдете. Если это оригинал, конечно.

Если для быстрой оценки применимости ОУ сделайте так, умножьте Offset Voltage на Ку и посмотрите сколько это в процентах от Вашего полезного выходного сигнала (3,3В). Это крайне грубый расчет, но позволит отсеять то, что точно не подходит.

Еще резисторы для обвязки ОУ буду искать 1% с малым ТКС.

В таком температурном диапазоне, я думаю, достаточно будет выбрать нужные номиналы из ленты smd, замерив мультиметром.

Vlad_RK

Offset Voltage для OPAx228 = 75 мкВ, Ку = 10.
750 мкВ от 3.3 В, это 0.023%.
И о чем это говорит?

Добавлено after 2 hours 16 minutes 3 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
А какое максимальное напряжение можно подать на вход OPA228?
Это оно? Vсм - Common-Mode Voltage Range (V–)+2 (V+)–2.
А что такое Signal input terminals (V–) – 0.7 (V+) +0.7, т.е. больше напряжения питания?

Реклама

Eastlogic

Это просто погрешность напряжения смещения выхода, приведенная к пределу измерения при ровно Ку=10 и отсутствии каких-либо других погрешностей. Идеализация, так сказать. Это грубо, но на начальном этапе достаточно. Эта погрешность, как правило, составляет самую значительную часть из всей суммы погрешностей.

Это значит, что, например на 10% своего "предела измерения" вы получите (0,00075В/0,33В)*100 = 0,23% погрешности, связанной с напряжением смещения ОУ. Т.е. ситуация примерно как с аналоговым вольтметром - "внизу" шкалы больше погрешность. Типа взяли вольтметр на 100В и пробуем измерить какие-то единицы или десятые вольта.

Касательно Вашей ситуации - это двольно приличный результат, можно двигаться дальше

Еще есть погрешности, связанные с тем, что Ку!=10 (точность резисторов) Нарисовал бы, да долго это.

Есть еще погрешности, связанные с разными токами смещения входов операционника (параметр Input Offset Current), а также с усилением синфазной составляющей. Если полностью все погрешности посчитать, получается довольно громоздко. Если хотите все учесть - смотрите книги по ОУ, например:

Операционные усилители и их применение / А.Г. Алексеев, Г.В. Войшвило,
Op Amp Applications Hadbook / Analog Devices, Walt Jung

Vсм - Common-Mode Voltage Range (V–)+2 (V+)–2

Это означает, что синфазная составляющая входного напряжения должна оставаться в этих пределах. Vcm = (V1+V2)/2, т.е. грубо говоря постоянная составляющая сигнала на Вашем токоизмерительном резисторе относительно земли ОУ не должна быть где-то в небесах, т.к. напряжения входов могут стать выше (V+)–2 или ниже (V–)+2, ведь по сути в схеме дифф. усилителя земли токоизмерительного резистора и земля ОУ могут быть разными землями. Такого допускать нельзя - не в смысле разных земель, а в смысле выхода за эти пределы, и тогда нормальной работы не ждите )))

А что такое Signal input terminals (V–) – 0.7 (V+) +0.7, т.е. больше напряжения питания?

Совершенно верно. Но это нештатный режим работы (раздел Absolute Maximum Ratings). Это связано с парой диодов, защищающих входы. Но это как-то непонятно в даташите написано, честно говоря недопонял, и внутренняя схема не разрисована.
Это чисто мои предположения - каждый из входов имеет пару защитных диодов (или каких-то диодных структур), один подключен к V+, другой к V-, классическая схема. При достижении напряжения на любом входе, например (V+)+0.7 диод начинает открываться.
В любом случае таких режимов лучше избегать.

Реклама

Vlad_RK

[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3779490#p3779490"]Однако, будте внимательны, для OPA228 рекомендуется Ку>=5.[/uquote]Не нашел в даташите на OPA2822 такого. Хотя микрокап подтвердил, что нормально ОУ начинает работать с Ку>4 (неинвертирующая схема).
Нашел тут еще ОУ покруче - OPA637, вот для него указано Stable in Gain ≥ 5.
Еще у него есть выводы, подписанные Offset Trim, регулировка смещения, но в модели их нет, проверить не могу.
Вот схема. Я так понимаю, резистор R3 может использоваться для балансировки ОУ, чтобы на выходе напряжение положительных и отрицательных полуволн были симметричны относительно нуля.

Спойлер

А как для такой схемы определить входное сопротивление?

Реклама

Eastlogic

Vlad_RK писал(а): Не нашел в даташите на OPA2822 такого. Хотя микрокап подтвердил, что нормально ОУ начинает работать с Ку>4 (неинвертирующая схема).
Нашел тут еще ОУ покруче - OPA637, вот для него указано Stable in Gain ≥ 5.

Чтобы не быть голословным прикрепляю даташит, раздел 3 Description на 1-й странице, 2-й абзац.

Vlad_RK писал(а): Вот схема. Я так понимаю, резистор R3 может использоваться для балансировки ОУ, чтобы на выходе напряжение положительных и отрицательных полуволн были симметричны относительно нуля.

Это компенсация погрешностей, вызванных разностью тока смещения. Собственно ток смещения - это ток, втекающий во входы усилителя Bias Current. А разность этих токов называется Input Offset Current. Разные токи входов создают дополнительную погрешность, вызывая дополнительное падение напряжения, которое "расценивается" ОУ как дополнительное небольшое дифференциальное напряжение, которое будучи умноженным на Ку, вызовет погрешность на выходе. Наверное запутанно рассказал, можете EEVBlog посмотреть, там есть видео по этому вопросу. Или книги... Рассчитывается R3=(R4||R5), где || - параллельное соединение.

Это важно когда величины сопротивлений большие - сотни кОм, тогда небольшой ток в сотни нА может создать дополнительную погрешность.

Обратите внимание на бросовые ОУ, типа LM358 и иже с ними, там Input Offset Current меньше Input Bias Current, т.к. это разность входных токов.

В Вашем случае данная компенсация не будет иметь никакого эффекта по нескольким причинам:

1) Очень малые входные токи - единицы пА, и маленькие сопротивления R4, R5.
2) Input Offset Current и Input Bias Current в рассматриваемых ОУ OPA228 или OPA637 - это одна и та же величина. Это происходит потому, что производитель уже компесировал разность входных токов и уравнивать там уже нечего.

По вх. сопротивлению попозже отвечу - надо книгу открыть, освежить знания )))

Добавлено after 3 minutes 6 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Спасибо за наводку по OPA627/637 - хороша машинка, но по 700 грн. у нас, ну бы его нафиг такие микросхемы (((

Vlad_RK

[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3780555#p3780555"]В Вашем случае данная компенсация не будет иметь никакого эффекта по нескольким причинам:[/uquote]Ладно, посмотрим, что будет в реальной схеме.

Спасибо за наводку по OPA627/637 - хороша машинка, но по 700 грн. у нас, ну бы его нафиг такие микросхемы (((

Вот здесь по 449 грн.: https://prom.ua/p965849741-operatsionni ... pa637.html
Указано: Один из лучших операционных усилителей в мире. Микросхемы - оригинал, заказывались у производителя. Описание и даташит http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa627.pdf Испльзуется в Hi-End звуковой технике.

Дороговато немного (хочу штук 5 купить и получается уже занадто), пока остановлюсь на: Сдвоенный операционный усилитель OPA2228P, 139 грн.: https://prom.ua/p970286226-sdvoennyj-op ... litel.html. Операционный усилитель топ класа. Микросхемы 100% оригинал - заказывались напрямую у производителя TI/BurrBrown. Продается неиспользованый остаток чипов. Описание и даташит http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa2228.pdf

В прилагаемом документе описывается расчет входного сопротивления, но непонятно нифига.
На 19 странице - Резистор R3 может использоваться для балансировки ОУ. Вот оттуда я это и взял. Попробую побалансировать.

Eastlogic

Да что там собственно рассчитывать, у Волта Юнга (я давал название книги) есть адекватная схема замещения входных сопротивлений ОУ - там все просто. Нету времени открывать, возобновлять, чтобы точно рассчитать. Это имеет, скорее теоретический интерес, в данном случае.

С ходу могу сказать, что для неинвертирующей схемы оно будет очень большим, не очень ошибусь, если скажу что оно будет около 0,5*10^13 Ом для OPA637 по неинвертирующему входу в данной схеме включения. Разрисуйте Вашу схему совместно со схемой замещения входных сопротивлений Zcm, Zdiff и увидите что получится.

Добавлено after 3 minutes 17 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Прошу прощения за любопытство - это у Вас коммерческий проект или просто решили дорогих ОУ накупить, чтобы разобраться как они работают? Разбираться можно и на любом ОУ, выпаянном неизвестно откуда )))

Vlad_RK

[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3780899#p3780899"]Прошу прощения за любопытство - это у Вас коммерческий проект или просто решили дорогих ОУ накупить, чтобы разобраться как они работают?[/uquote]Не коммерческий, просто нужно оцифровать сигнал с токового шунта и передать значение тока на ПК. Хобби у меня такое.

Vlad_RK

Eastlogic

Спойлер

[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3771945#p3771945"]Задача интересная, но, в принципе, решаемая.

Сложность связана прежде всего с высокой частотой входного сигнала и высоким КУ входного усилителя, что накладывает определенные требования на применяемые ОУ.

Могу предложить схему в качестве рабочего "наброска", который требует доведения до требуемых характеристик (частота тока, требуемая точность внизу диапазона измеряемых токов), с которыми Вы сами определитесь. Так что еще требует суръезной работы, без решений в лоб.

Схема следующая:

Результаты моделирования:

Питание там двухполярное - не менее +-8В, лучше больше (обычно делаю +-15В).

Первая часть - дифф. усилитель, на входе +- 0,1В, 1кГц, выход +-3,3В.

Здесь первая проблема - Ку большой, следовательно усиление при повышении частоты падает. Нужно подбирать быстродействующий ОУ. Либо распределять усиление на несколько таких ступеней с меньшим Ку, что позволить расширить полосу пропускания.

Вторая проблема - он должен быть еще с малым напряжением сдвига (Offset Voltage) для получения, по возможности, симметричной относительно нуля синусоиды на выходе дифф-а - это тоже следствие большого Ку. Иначе получите на выходе выпрямителя прыгающую по высоте от периода к периоду ф-цию |sin x|

По поводу ДУ - я бы, наверное, подобрал быстродействующий ОУ (на биполярных ???) с возможностью триммирования Offset Voltage.

Вторая часть - активный двухполупериодный выпрямитель, позаимствована мной из одного промышленного устройства ))) При необходимости выход нужно пофильтровать.

Ограничения по ОУ в принципе все те же самые, только здесь уже не нужно низкое напряжение сдвига. Нужна высокая скорость наростания выходного напряжения, особенно это касается ОУ с диодами на выходе, т.к. ему в промежутках между замыканиями ОС нужно быстро переходить через ноль. Иначе будут погрешности при измерении малых токов. В данной конфигурации работает приемлимо до 10кГц...ну может 20кГц.

Если есть желание, можете доработать самостоятельно))) Ну или может кто еще чего предложит...

Добавлено after 11 minutes 18 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Кстати, посмотрите датчики тока на эффекте Холла типа ACS712, LP25 и подобные. Мне кажеться там со стыковкой легче решить.[/uquote]

Не получается у меня так, как у вас почему-то. Питание у всех ОУ какое?

Добавлено after 4 hours 26 minutes 24 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Я пытаюсь сделать следующее: входной переменный сигнал усилить, отрицательные полуволны перевернуть вверх, а потом обрезать сигнал так, чтобы захватить только верхушки полуволн и ввести в диапазон от 0 до 3.3 В для подачи на АЦП. Возможно ли так сделать?

Добавлено after 7 hours 43 minutes 42 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Хотя, наверное, в данном случае лучше сделать так: усилить переменный сигнал, а потом, как в радиоприемнике детектируется сигнал с амплитудной модуляцией - отсекается несущая, а огибающая вводится в диапазон от 0 до 3.3 В. Вот именно так лучше всего.

Vlad_RK

Вот такую схемку сделал (файл прилагаю), и на выходе, вроде бы, то что надо - выделил и усилил огибающую, только нужно эту выходную кривую как-то сгладить без потери амплитуды и формы.
Ну и саму схему бы привести в порядок, но я уже без понятия, что убавить, что прибавить...

Eastlogic

Vlad_RK писал(а): Не получается у меня так, как у вас почему-то. Питание у всех ОУ какое?

Должно получаться. У меня же получилось )))

Питание от +-8 В до +-15В. +-15В - это хорошо. Полярный кондесатор зачем поставили? Попробуйте неполярный, может у симулятора чем-то модели отличаются, ток утечки там, как-то учтен может... Второй каскад чего-то залип ))) Вообще и без конденсатора, по памяти, работало. Но в оригинальной схеме, откуда я это взял была небольшая емкость.

Попозже привяжу схему в 9-ом микрокапе. А Вы чем пользуетесь?

По свободе попробую рассмотреть, что Вы предложили. А то, как-то сейчас другим занят немного (

Vlad_RK

У меня Micro-Cap 12 (64-Bit).
[uquote="Eastlogic",url="/forum/viewtopic.php?p=3787080#p3787080"]Должно получаться. У меня же получилось )))
Попозже привяжу схему в 9-ом микрокапе.[/uquote]Возможно в 9-ой версии работает, а в новой уже нет.

Полярный кондесатор зачем поставили?

Это неполярные конденсаторы, просто я сделал обозначение плюсового вывода. У резисторов также.

Вообще и без конденсатора, по памяти, работало. Но в оригинальной схеме, откуда я это взял была небольшая емкость.

Я в каком-то варианте пробовал без него - возникают ВЧ колебания на выходе, а 10 пикофарад хватает для их фильтрации. Так что он нужен.

Вот такую схему сгородил для выделения огибающей исходного сигнала. Что-то нужно подправить, заменить, выкинуть? В симуле-то она работает, а будет ли в реале?

Eastlogic

Помакетировал активный выпрямитель из подручных материалов, на TL074.

Возбуд присутствует, подтверждаю - на положительной полуволне входного сигнала, без конденсатора. Даже 10 пФ мало, увеличивал до 100 пФ.

Если кратко, по моей схеме все работает, НО !!! - до не очень высоких частот (<20...30кГц). В принципе, я её взял из схемы обработки синусно-косинусных вращающихся трансформаторов. Там частоты обычно низкие, не более 10кГц. Выше вылезают вопросы искажений, на которые у меня пока ответа нет.

Детали позже.

Добавлено after 7 minutes 27 seconds:
Re: Трансф. тока -> ОУ -> АЦП STM32F4xx, как это все связать?
Файлы открыть не могу. Может в zip ?

tonyk

Вот, посмотри, может, подойдёт. С гальванической развязкой. Замени AMC1200 на AMC1302 для получения граничной частоты 280кГц.

https://drive.google.com/file/d/1m1lqI6 ... sp=sharing

Vlad_RK

Вот в zip.