Схемы на ОУ: Драйвер АЦП

В этой статье попробуем разобраться с расчетом схемы драйвера АЦП, речь о котором шла здесь: http://dimoon.ru/katalog-shem/masshtabiruem-signal-dlya-atsp.html.

Перечертим исходную схему в таком виде:

Рис. 1

У нас есть 2 входа: In и Ref. На выходе Out получаем напряжение, которое является суммой напряжений In и Ref со своими весовыми коэффициентами:

Давайте найдем коэффициенты k1 и k2. Весь процесс расчета приводить не буду, ибо это хоть и довольно занимательно, но не очень интересно. Если кратко, то разбил схему на неинвертирующий усилитель на (ОУ, резисторы R и Rос), и делитель напряжения на элементах R1, R2 и Rсм, который рассчитал по законам Кирхгофа. После некоторого времени сидения в Maple получаем следующее:

Эти выражения справедливы для любых значений резисторов схемы, представленной на рис. 1. Давайте подставим значения из той статьи, ссылку на которую давал в начале:

  • R1 = 100k
  • R2 = 20k
  • R = 100k
  • Rос = 10k
  • Rсм = 20k

И в качестве входных напряжений выберем значения:

  • Ref = 2.5В
  • In = 10В

Скормим все это Maple-у:

Рис. 2

В итоге получаем, что k1 = 0.1 а k2 = 0.5. Ну и при входном напряжении 10 вольт на выходе получаем 2.25 вольт.

Так, с нахождением коэффициентов суммирования k1 и k2 по известным значениям сопротивлений разобрались. А как быть с обратной задачей: нахождение значений резисторов по заданным k1 и k2. Тут все сложнее, так как в текущем виде на 2 уравнения мы имеем 5 неизвестных в лице тех самых резисторов. Надо ввести какие-то дополнительные ограничения на их номиналы. Для нашего случая лучше всего подойдет следующее:

И схема приобретает следующий вид:

Рис. 3

Выполняем подстановки в формулы нахождения k1 и k2 наши 3 условия, и получаем это:

Рис. 4

Для коэффициента k1 мы получили очень простое выражение, а k2 вообще является константой. Получается, что к напряжению In c коэффициентом суммирования k1 будет прибавляться половина опорного напряжения Ref: это то, что нам и нужно!

Таким образом, для схемы на рис. 3 выражение для нахождения коэффициента усиления сигнала In будет иметь следующий вид:

Оформлю в виде памятки)))

На этом все, всем спасибо за внимание, приходите еще!))

Закладка Постоянная ссылка.

8 комментариев: Схемы на ОУ: Драйвер АЦП

  1. Den пишет:

    Сделал табличку в Excele для расчета. https://yadi.sk/i/ex2xQxVBmSyGbQ

  2. Den пишет:

    Чет задумался и ничего не понял ))
    К примеру, хочу измерять 12-тивольтовый сигнал, из того, что было под рукой получились такие данные
    R 160 k
    Roc 10 k
    In 12 V
    Ref 3,3 V
    Out 2,4 V
    Возникают такие вопросы:
    Насколько правильно будет для опоры использовать 3,3В, которые тупо беру с Bluepill?
    Каким напряжением питать ЛМ-ку? 5В достаточно будет или придется колхозить 14В?

    • DiMoon пишет:

      ОУ LM358? Не лучший выбор для данной конструкции, лучше взять что-то Rali-to-Rail, например, MCP6407 или LMV358. С LM358 (без V) как бы не пришлось городить двухполярное питание, хотя бы +-9 вольт. А так да, можно взять опору 3.3 вольта с платы, и питать от 5-и вольт. Только ооочень рекомендую защитить вывод МК с помощью резюка и диода, чтоб в случае чего не спалить порт МК

      • Den пишет:

        А если MCP6407, то диод не нужен? И как его включать для защиты? И защита получается от переполюсовки выходного сигнала с ОУ? Тогда это только в случае двухполярного питания нужно, так?
        Как говорил один знакомый поляк «не обращай внимания, это я громко думаю» )))
        Для пробы собрал на LM358 на макетке без защиты, питание однополярное 12В, щас пока прошивку+прогу на компе отлаживаю, сегодня-завтра все соберу и получится осциллограф )) Надеюсь, ножка МК не сдохнет, а если что их еще 8 остается ))
        Но окончательный вариант буду делать на MCP6407, спасибо за подсказку. И да, вопросы все равно остаются актуальны ))

        • DiMoon пишет:

          У тебя МК питается от 3.3 вольт, а ОУ будет от 5-и вольт (так?). При этом, в некоторых случаях на выходе ОУ может оказаться 5 вольт, то очень не понравится порту МК (может сгореть не только порт, но и весь МК, уже проходил такое в своей практике). Так что рекомендую выход ОУ хотя бы через резюк ом на 500 подключать к выводу МК, в случае чего избыток потенциала стечет через защитные диоды, встроенные в ножку МК.

          Связь с компом через UART будет? Иди девайс со своим собственным таблом?

          • Den пишет:

            Связь через UART, хотелось через USB замутить, но больно он тяжел в понимании для меня. А свое табло — блин, рисовать на нем через SPI , да еще на 103 камушке — по моему, проще скидывать в комп на 256000 бит/с )) Сильно большую полосу не требуется, нужно на авто смотреть выдачу с диагностического разъема (тойота 98-го года), да на мозгах некоторые выводы глянуть, что там творится, для этого скорость большая не нужна.
            А если стабилитрон воткнуть на вход — не надежнее будет?

          • DiMoon пишет:

            ОК, понял. Да можно и стабилитрон, на самом деле вариантов решений куча

    • DiMoon пишет:

      Хотя LMV358 RAIL-TO-RAIL OUTPUT OPERATIONAL, не пойдет. Надо что-то Rail-to-Rail Input and Output

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *