การแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก (ระดับกะ)

ฉันมีจอยสติกที่ทำให้แรงดันไฟฟ้าอนาล็อกอยู่ระหว่าง 1.5V ถึง 3.5V

ฉันต้องการแปลงช่วงของแรงดันไฟฟ้านี้เพื่อควบคุมตัวควบคุมมอเตอร์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกระหว่าง 0V และ 5V

ฉันจะเลื่อนระดับและขยายเสียงอย่างเหมาะสมได้อย่างไร

ไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวกลางหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นเพียงแค่ใช้ ADC

— sptrks

ฉันคิดว่าคุณอาจต้องการทำอย่างละเอียดในสิ่งที่คุณต้องการทำที่นี่ คุณกำลังพยายามปรับแรงดันไฟฟ้าอนาล็อกจาก 1.5V-3.5V เป็น 0V-5V หรือไม่? คุณกำลังพยายามแปลงแรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลบางตัวหรือไม่?

— bjthom

ตัวแปลงบูสเตอร์สามารถช่วยคุณได้ตั้งแต่ 3.5 V ถึง 5 V แต่ไม่เพิ่มจาก 1.5 V ถึง 0 V อัตราการเพิ่มจะมากกว่าหรือเท่ากับ 1

— Telaclavo

@Telaclavo เพิ่มไม่เป็นประโยชน์ที่นี่เพราะมันใช้สำหรับการเปิดเครื่อง แต่เราถือว่าเขามีอุปทานมากกว่า 3.5 โวลต์

— clabacchio

เรารู้ว่านั่นคือแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก อุปทานของคุณคืออะไร?

— clabacchio

คำตอบ:

คุณต้องการได้รับอย่างง่ายจาก 5/2 = 2.5 อยู่ตรงกลางประมาณ 2.5 V นี่เป็นเรื่องง่ายที่สมมติว่าคุณมีกำลังไฟ 5 V เช่นจากคอนโทรลเลอร์มอเตอร์:

สิ่งนี้จะต้องเป็นopamp ของรางต่อรางรถไฟที่สามารถทำงานได้จากกำลังไฟ 5 V เช่น MCP6041 และอื่น ๆ อีกมากมาย R1 และ R2 สร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อทำ 2.5 V รอบซึ่งสัญญาณอินพุตจะถูกขยาย C2 ลดทอนสัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ 5V มากกว่า DC เพื่อให้ระดับ DC ที่เงียบและราบรื่น opamp อยู่ในการกำหนดค่าเกนบวกแบบคลาสสิกโดยมี R4 และ R3 ตั้งค่าเกน อิมพีแดนซ์ของแหล่ง 2.5 V ที่ผลิตโดย R1 และ R2 เพิ่มอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อ R3 สำหรับวัตถุประสงค์ในการได้รับอย่างมีประสิทธิภาพ แต่นั่นก็เป็นส่วนเล็ก ๆ ของ 1.2 kΩต่อ 100 kΩ กำไรจะน้อยกว่า 2.5 เล็กน้อย

— แลงทรอฟ
แหล่งที่มา

+1 แม่นยำยิ่งขึ้นเอาต์พุตรถไฟกับรถไฟ (ไม่ต้องป้อนข้อมูลรถไฟกับรถไฟ)

— Jason S

@Jason - แก้ไขแล้ว

— Olin Lathrop

คุณเลือกค่าสำหรับ R1 และ R2 ได้อย่างไร

— abdullah kahraman

@abdullah: เนื่องจากแหล่งจ่ายคือ 5 V และจุดคือทำให้ 2.5 V, ข้อ จำกัด หนึ่งคือ R1 = R2 ตัวเลือกอื่นคือความต้านทานของแหล่ง 2.5 V ซึ่งควรเป็น R1 // R2 ต่ำกว่าดีกว่า แต่ต่ำกว่าหมายถึงกระแสมากขึ้น ฉันรู้สึกว่า 100 kOhm สูงพอ ๆ กับที่ฉันต้องการจะไปด้วย R3 เพื่อให้เสียงรถกระบะหลงทาง 1.2 kOhms ดูเหมือนจะมีอิมพีแดนซ์ต่ำพอและเทียบได้กับ 1 mA จากแหล่งจ่าย 5V ซึ่งฟังดูสมเหตุสมผล

— Olin Lathrop

@jfenwick: ฉันไม่สามารถบอกได้ว่าคุณคิดว่าสมการเหล่านั้นหมายความว่าอย่างไรหากไม่มีคำจำกัดความที่ถูกต้องเช่น "โฆษณา" นอกจากนี้ดูเหมือนว่าคุณอาจพลาดความจริงที่ว่ามีการตอบรับเชิงลบในวงจรนี้ซึ่งกำหนดกำไร อัตราขยายแบบวนรอบของ opamp นั้นมีขนาดใหญ่มากจนไม่สำคัญกับอัตราขยายของวงจรวงปิด ฉันไม่เห็น 5V และ GND มารวมกันที่ใดก็ได้ คุณจะต้องเจาะจงมากขึ้นด้วยการโบกมือน้อย

— Olin Lathrop

สิ่งนี้เป็นไปได้ด้วยแอมป์เดียวเท่านั้น สิ่งที่คุณพยายามทำคือเลื่อนระดับและขยายภาพ เราเคยทำสิ่งเหล่านี้ตลอดเวลา มีประโยชน์ในหุ่นยนต์ที่คุณมีเซ็นเซอร์ที่มีช่วงแรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกขนาดเล็กและคุณต้องการขยายแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ได้ความละเอียดสูงสุดจาก ADC ของคุณ

ปกติแล้วเราจะทำให้พวกมันมีอ็อฟเซ็ตผันแปรและเกนเพื่อให้เราสามารถปรับมันสำหรับเซ็นเซอร์แต่ละตัวบนหุ่นยนต์

Op amp ปรับระดับตัวแปรและขยาย

เมื่อตั้งค่าเรียบร้อยแล้วคุณสามารถวัดความต้านทานของหม้อและใช้ตัวต้านทานค่าคงที่แทนได้

หรือคุณสามารถคำนวณค่าโดยตรง:

แย้มระดับแอมป์และขยาย

มีเครื่องคิดเลขออนไลน์เพื่อช่วยคุณคำนวณค่าตัวต้านทาน

— Rocketmagnet
แหล่งที่มา

ถูกต้อง แต่เขาต้องจัดเตรียมแรงดันไฟฟ้าให้

— clabacchio

@clabacchio - จริง แต่ฉันคิดว่าเราสามารถสรุปได้ว่ามี 5v ให้ใช้งาน

— Rocketmagnet

โปรดทราบว่าสิ่งนี้จะย้อนกลับ นั่นอาจเป็นปัญหาในส่วนต่อประสานผู้ใช้หากจอยสติ๊กต้องเคลื่อนย้ายไปทางตรงข้ามกับทิศทางที่ใช้งานง่ายเพื่อให้ความเร็วมอเตอร์สูงขึ้น

— Olin Lathrop

ขอบคุณที่ชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้เรียกว่าการเลื่อนระดับ

— jfenwick

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่ Cybergibbons กล่าวว่าเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกที่ค่อนข้างง่าย แต่คุณต้องระบุอุปทานที่คุณต้องการใช้สำหรับวงจรของคุณ

คุณต้องใช้วงจรที่ทำให้สัญญาณโหมดสามัญของคุณ (1.5 V) เป็น 0 และใช้กำไรจาก 5/2 = 2.5 กับส่วนที่เหลือ คุณสามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยตัวเปลี่ยนระดับ Op-Amp ที่มีอัตราขยายบางอย่าง

วิธีการแก้ปัญหาคือการใช้ตัวลบแบบอะนาล็อกกับแรงดันอ้างอิงที่วางไว้ที่ 1.5 V การแก้ปัญหาที่ง่ายกว่าคือเพียงแค่เครื่องขยายเสียงที่ไม่มีการแปลงกลับที่มีการอ้างอิงในตำแหน่งที่ถูกต้อง

วงจรนี้จะทำงาน:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

_{^{Opamp เป็นเพียงค่าเริ่มต้นในโปรแกรมจำลองคุณอาจจำเป็นต้องใช้อีกรุ่นหนึ่งขึ้นอยู่กับวัสดุสิ้นเปลือง}}

มันเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่มีการแปลงกลับซึ่งได้มาจาก $\dfrac{R_1 + R_2}{R_2}$ และแรงดันอ้างอิงทำให้แรงดันเปลี่ยน

— clabacchio
แหล่งที่มา

มันง่ายถ้าคุณเพิ่งวาดแผนผัง - ความซับซ้อนมาพร้อมกับความต้องการที่สัญญาณจะต้องไปจาก 0-5V และมันเป็นอินพุตไปยังตัวควบคุมมอเตอร์ 0.05V จะไม่ตัดมัน - ดังนั้นจึงต้องมี opamp ของตัวจ่ายแยก นั่นหมายความว่าคุณต้องจัดหาเสบียงแยกซึ่งเป็นความพยายามเพิ่มเติมมากมาย

— Cybergibbons

@Cybergibbons ไม่มากขึ้นอยู่กับสิ่งที่เขามี; และด้วยการใช้ op-amps แบบ rail-to-rail เขาอาจทำงานโดยไม่มีมันได้

— clabacchio

อาจ ฉันได้รับการสอนแล้วว่าการพึ่งพาการรถไฟเป็นสิ่งที่ควบคุมไม่ได้ด้วยเหตุผลบางประการ ประการแรกรถไฟไปยังรถไฟไม่เคยรถไฟจริง ๆ รถไฟ - opamps ประสิทธิภาพดีที่สุดไปประมาณ 10mV หรือมากกว่านั้นซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหา ประการที่สองพวกมันไม่ใช่เส้นตรงในภูมิภาคนั้น ประการที่สามถ้าคุณโหลดเอาท์พุทรางไปสู่รางจะแย่ลงมาก (ตัวควบคุมมอเตอร์อาจโหลดเอาต์พุต - เราไม่รู้) แน่นอนถ้าตัวควบคุมมอเตอร์มีแถบตายมันไม่สำคัญ

— Cybergibbons

@Cybergibbons ดีเกี่ยวกับการลดลงของประสิทธิภาพคุณอาจจะถูก (ฉันไม่รู้) แต่ Analog Devices มี op-am-rail op-amps ซึ่งไปประมาณ 2-5 mV (สูงสุด) จากทางรถไฟ แต่ปัญหานี้ไม่มีอยู่ถ้าเขามีอุปทาน 12 V ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับวิธีที่เขาต้องการจะจัดหา เกี่ยวกับความสามารถในการขับขี่เขาสามารถใช้ op-amp อื่นเพื่อบัฟเฟอร์สัญญาณตราบใดที่เขามีแหล่งจ่ายที่เหมาะสม

— clabacchio

@Cybergibbons - เป็นไปได้หรือไม่ที่ขาของตัวประมวลผล PWM จะไปภายใน 10mV ของพื้นดิน - แม้ที่รอบการทำงาน 0%?

— MikeJ-UK