ฉันจะวัดแรงดันลบด้วย ADC ได้อย่างไร

48

ฉันทำงานกับ PIC micro-controller พร้อม inbuilt ADbit 10 บิตและต้องการวัดแรงดันไฟฟ้าในช่วง -1 ถึง -3Volts
ฉันคิดว่าจะใช้ op-amp ในโหมด inverting เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเป็นบวกแล้วป้อนไปยัง adc ของไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ที่นี่ฉันจะต้องจ่ายไฟให้ opamp ด้วยแหล่งจ่ายไฟเชิงลบใช่ไหม ฉันไม่ต้องการใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงลบในขณะนี้และสงสัยว่ามันเป็นไปได้หรือไม่ที่จะบรรลุการกำหนดค่านี้ คุณจะช่วยได้ไหม

microcontroller pic adc

— Kevin Boyd
แหล่งที่มา

1

-1 ถึง -3V ที่ฉันวัดคือเอาต์พุตของ LM337 ที่ฉันต้องการตรวจสอบ

— Kevin Boyd

ที่เกี่ยวข้อง: วัดแรงดันไฟฟ้า -20V ถึง + 20V พร้อมรูป

— davidcary

ฉันไม่มีรายละเอียดเพียงพอที่จะตอบคำถามที่สมบูรณ์ แต่ถ้า PIC ของคุณมีพิน VREF- (แรงดันอ้างอิงลบ) คุณอาจทำสิ่งนี้ได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้อินเวอร์เตอร์เพิ่มเติมผ่านการใช้แรงดันไฟฟ้าอ้างอิงอย่างสร้างสรรค์

— Sparr

42

เครื่องขยายเสียงกลับหัวไม่จำเป็นต้องมีรถไฟเชิงลบสลับแรงดันไฟฟ้า

gschem

ลองนึกถึงรางไฟของคุณเป็นสิ่งที่ให้ผลผลิตของคุณ หากคุณดูวงจรหมุดแอมป์ทั้งหมดจะเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้า 0V หรือสูงกว่า เมื่อช่วงของคุณ -1 ถึง -3 มันจะปรากฏขึ้นตรงข้ามกับ 1 ถึง 3 ในผลลัพธ์ สิ่งนี้ยังช่วยให้คุณได้เปรียบเหมือนบัฟเฟอร์เนื่องจากอิมพิแดนซ์อินพุตของพินของคุณจะไม่ส่งผลกระทบต่อวงจรนี้มากนัก (ตราบใดที่ R _ใน || R _fมีขนาดใหญ่)

ฉันยอมรับว่าตัวแบ่งตัวต้านทานแบบธรรมดาทำงานได้ - เพียงแจ้งให้คุณทราบว่าสิ่งนี้ยังใช้งานได้

— Kortuk
แหล่งที่มา

2

+1 - นี่เป็นวิธีที่เหมาะสมในการทำหากคุณไม่มี ADC ที่รับอินพุตเชิงลบ

— Jason S

3

ไม่รางของ op-amp นั้นเป็นขอบเขตของผลลัพธ์ของคุณ สถานที่ที่รถไฟไปยังรถไฟ op-amp จะเข้าไปใกล้กับขอบเขตมาก คุณสามารถและหลายคนใช้เวลากับการออกแบบ op-amps ไม่มีสิ่งเช่น op-amp ที่สมบูรณ์แบบ แต่โดยปกติจะมี op-amp ที่สมบูรณ์แบบสำหรับเคสเฉพาะ

— Kortuk

4

ในบันทึกย่อนั้นในการกำหนดค่านี้หากคุณเกิน -Vcc ในขณะที่อินพุตของคุณเอาต์พุตของคุณจะเข้าสู่ราง Vcc op-amps บางตัวจะไม่ไปภายใน volt หรือมากกว่าของรางบาง op-amps จะไปภายใน 50mV หากคุณได้รับสัญญาณอินพุทที่ใหญ่ขึ้นให้แบ่งโดยจำนวนที่มากขึ้นถ้าคุณมีสัญญาณ -1 ถึง -10 V หารด้วย 2 แก้ปัญหา

— Kortuk

2

@Kortuk - ไม่มี op-amp ที่สมบูรณ์แบบสำหรับทุกกรณี อย่างไรก็ตามมี op-amp ที่ดีที่สุดจากตัวเลือกที่มีอยู่เมื่อพิจารณาถึงราคาสำหรับทุกโครงการ

— Connor Wolf

3

@ ชื่อปลอมฉันคิดว่านี่เป็นกรณีของข้อผิดพลาดในการสื่อสาร หากเป็นไปตามข้อกำหนดที่คุณต้องการและมีราคาไม่แพงคุณจะมี op-amp ที่สมบูรณ์แบบ นั่นจะเป็นถ้อยคำของฉันฉันเข้าใจว่าคุณหมายถึงอะไร ฉันยอมรับข้อ จำกัด และใช้งานได้อย่างสมบูรณ์เพราะฉันคิดบวก <3

— Kortuk

16

คุณสามารถใช้ตัวแบ่งแรงดันโดยปลายด้านหนึ่งห้อยออกจากรางจ่ายบวก สมมติว่าคุณมีตัวต้านทานที่เท่ากันและแหล่งจ่ายไฟ 5V ซึ่งจะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าระหว่าง + 2V และ + 1V สำหรับช่วง -1 ถึง -3V ของคุณ

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+

— Wim
แหล่งที่มา

4

สิ่งนี้จะต้องใช้เทอร์มินัล IN เพื่อจมกระแสของ (5-Vin) / (2R) ดังนั้นคุณจะต้องเลือก R ขนาดใหญ่พอที่จะไม่เอาชนะอินพุตที่มีกระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ จากนั้นอินพุต ADC ของคุณจะต้องมีอย่างน้อยหนึ่งลำดับความต้านทานอินพุตที่มีขนาดมากกว่าค่า R เพื่อไม่ให้โหลดเครือข่ายตัวแบ่งมากเกินไป ซึ่งอาจเป็นไปได้ (หรืออาจจะไม่) ไปยังแผ่นข้อมูล!

— JustJeff

3

-1: คุณควรใช้ตัวต้านทานความแม่นยำและการอ้างอิงที่แม่นยำสำหรับ 5V

— Jason S

1

+1 สำหรับวิธีที่ง่ายที่สุดที่ถูกที่สุด แต่อย่างที่ Jason S พูดความแม่นยำจะต้องใช้ความพยายาม

— DarenW

3

เสียงใด ๆ บนรางบวกของคุณจะปรากฏใน ADC ของคุณ

— endolith

7

แนวคิดการแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นเรื่องที่ดีราคาถูก แต่ให้ปัญหาของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จะวัดได้จะเห็นเป็น 1/2 การเปลี่ยนแปลงที่อินพุต ADC หากการวัดที่แม่นยำเป็นที่น่าสนใจโซลูชันนั้นจะเป็นไดโอดซีเนอร์เหมือนกับครึ่งล่างของตัวแบ่ง หากสิ่งที่วัดได้สามารถทนต่อการสูญเสียของกระแสเล็ก ๆ นี้จะทำงานได้ดี เซเนอร์ไม่ได้แบนอย่างแน่นอนในแรงดันไฟฟ้าเบรกดาวน์แบบแบ่งกลับโดยเฉพาะกระแสน้อยมากดังนั้นอย่าทำให้ R1 ใหญ่เกินไป

ตอนนี้เพื่อดูว่าไซต์การแลกเปลี่ยนสแต็คนี้อนุญาตให้ฉันเพิ่มรูปภาพ ...

ข้อความแสดงแทน

— DarenW
แหล่งที่มา

2

จำลองเป็น QUCS

— DarenW

4

นี่คือวงจรมาตรฐานสำหรับการแปลงประเภทนั้น ฉันจำลองมันเพื่อพิสูจน์ให้คนเห็นว่ามันใช้งานได้ดังนั้นแผนผัง SPICE คุณต้องเลือกค่าตัวต้านทานที่เหมาะสมมันทำงานได้ตราบใดที่มันเป็น 2R, 2R และ R

— Leon Heller
แหล่งที่มา

4

ฉันทำงานอยู่ที่ (ไม่ใช่อิเล็กทรอนิกส์) ตอนนี้ไม่มี sw อิเล็กทรอนิกส์หรือหนังสือที่มีประโยชน์ดังนั้นนี่เป็นเพียงความคิดคร่าวๆ บางทีคนอื่นสามารถกรอกรายละเอียด ...

ลองใช้มิเรอร์ปัจจุบันโดยใช้ทรานซิสเตอร์ PNP ที่แขวนอยู่บนราง Vcc ป้อนสัญญาณแรงดันลบไปยังด้านอินพุตของกระจกผ่านตัวต้านทานที่เหมาะสม กระแสเดียวกันควรไหลผ่านเอาท์พุททรานซิสเตอร์ของกระจก ด้วยตัวต้านทานที่เลือกอย่างดีคุณจะสร้างช่วงแรงดันไฟฟ้าภายใน 0V ถึง Vcc

แก้ไข - ใหม่: นี่คือแผนผังมิเรอร์ปัจจุบัน ไม่ว่ากระแสไหลผ่านทรานซิสเตอร์ T1, T2 จะพยายามทำให้การไหลของกระแสเท่าเดิม แรงดันลบที่จะวัดเทียบกับแหล่งจ่ายไฟที่ฉันเลือกแบบสุ่มเป็น 15v สร้างกระแสไฟฟ้าหยดหนึ่งผ่าน R1 (วัดในการจำลองเป็น "อินพุต") หาก R2 เหมือนกันกับ R1 คุณจะพบแรงดันไฟฟ้าเดียวกันถ้าได้รับอนุญาต แต่มันเชื่อมต่อกับ 0V (gnd) - วงจรของเราตั้งอยู่บนอุปทานที่เป็นบวก มันจะไม่ทำงานจนกว่าเราจะทำให้ R2 มีขนาดเล็กลงพูดถึง 1/2 ของ R1 แล้วแรงดันไฟฟ้าข้ามมันจะเป็น 1/2 ของค่าใด ๆ ก็ตามที่ข้าม R1 วัดมันทำคณิตศาสตร์ (ว้าวคูณด้วย 2 ยาก!) แล้วคุณก็อยู่ที่นั้น แผนผังมีค่าต่างกันอัตราส่วนต่างกัน ข้อความแสดงแทน แต่ฉันคิดว่าเราทุกคนสามารถจัดการคณิตศาสตร์สำหรับเรื่องนี้ได้

ข้อดีของการใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบง่ายๆคือ 1) ดูซับซ้อนกว่า 2) มันเป็นกลอุบายทั่วไปในการออกแบบวงจรรวมแบบอะนาล็อก เนื่องจากฉันเขียนคำตอบอีกคำสั่งหนึ่งโดยใช้ Zener diode ฉันไม่แน่ใจว่าตอนนี้ทำไมจึงดีกว่า แต่มันเป็นทางเลือกแทนตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าและอาจอนุญาตให้รับแรงดันไฟฟ้าหรือบางสิ่ง ตอนนี้ฉันให้คนอื่น ๆ แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับภูมิปัญญาหรือความโง่เขลาของความคิดนี้ ... ข้อความแสดงแทน

— DarenW
แหล่งที่มา

ฉันไม่เข้าใจสิ่งที่คุณหมายถึงที่นี่ลิงค์ไปยังแผนผังจะช่วย

— Kevin Boyd

โอเคฉันมีเวลาแล้ว ... และอย่างที่ฉันคิดเกี่ยวกับมันฉันไม่แน่ใจว่าทำไมมันถึงดีกว่าวงจรที่ง่ายกว่ายกเว้นว่าการออกแบบที่มีรายละเอียดอาจทำให้ตัวเลขดีขึ้น แผนผังจะถูกแนบเร็ว ๆ นี้

— DarenW

คำถามเก่า ๆ ที่ฉันรู้ แต่ ... วงจรนี้ต้องอาศัยแรงดันไฟฟ้าฐาน - อีซีแอลเทียบกับโค้งปัจจุบันของตัวเก็บประจุของทรานซิสเตอร์สองตัวที่เหมือนกัน นั่นเป็นข้อสันนิษฐานที่ดีใน IC ที่สามารถทำให้ทรานซิสเตอร์เข้ากันได้ดี (และอยู่ที่อุณหภูมิเดียวกัน) แต่ไม่ใช่สำหรับทรานซิสเตอร์สองตัวที่แยกกัน วงจรสามารถลดความไวต่อปัญหานี้ได้ด้วยการใส่ตัวต้านทานที่ตรงกันในอนุกรมกับตัวปล่อย

— gwideman

0

คุณอาจไม่จำเป็นต้องมี op-amp ADC บางตัว (เช่น MCP3304 ดูแผ่นข้อมูล: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdfมีโหมดสร้างความแตกต่างซึ่ง ADC จะส่งกลับความแตกต่างของสองช่องทางซึ่งอาจเป็น จำนวนลบถ้าคุณผูกหนึ่งช่องกับกราวด์ (เรียกว่าโหมดหลอกค่าที่แตกต่าง) ADC สามารถรับแรงดันไฟฟ้าเข้าที่เป็นลบในอีกช่องทางหนึ่งและแปลมันเป็นจำนวนลบทั้งหมดนี้

แน่นอนว่าจะมีผลเฉพาะเมื่อ ADC ของคุณรองรับสิ่งเหล่านี้ หลายคนไม่มีโหมดที่แตกต่างกันเลย

— DPDT
แหล่งที่มา

1

คุณได้ตรวจสอบแผ่นข้อมูลในส่วนนี้หรือไม่? จากแผ่นงานในส่วนการให้คะแนนสูงสุดแบบสัมบูรณ์: "อินพุตและเอาต์พุตทั้งหมด wrt VSS ............... -0.3V ถึง VDD + 0.3V" นั่นหมายความว่าคุณไม่สามารถมีค่าลบ แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตหรือพินอื่น ๆ สำหรับเรื่องนั้น ทำไม? เพราะไดโอดป้องกันอินพุตจะเปิดและป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนถูกไฟไหม้ สิ่งนี้ไม่ตอบคำถามคำถามคือฉันจะวัดแรงดันลบได้อย่างไร คุณไม่สามารถวัดแรงดันลบได้ด้วยส่วนนี้

— Spike แรงดัน

-2

ฉันคิดว่ามีคำตอบที่ดีอยู่แล้ว แต่ฉันต้องการโพสต์วิธีอื่นที่ฉันใช้ตัวเองทำสิ่งเดียวกัน

คุณสามารถใช้เครื่องมือแอมป์ (เช่น LT1167)? อย่างไรก็ตามคุณจะต้องใช้รางลบ แต่สิ่งนี้จะไม่แม่นยำหรือไม่ และวิธีที่ดีกว่าในการขยายแรงดันไฟฟ้าหากต้องการโดยเพียงแค่เพิ่มตัวต้านทานหนึ่งตัว

การเพิ่มรางเชิงลบนั้นง่ายเหมือนการเพิ่มบางอย่างเช่น minmax MCW03-05D05

ปัญหาที่ฉันมีกับการใช้ตัวต้านทานคือมันยากมากที่จะหาตัวต้านทานที่เหมือนกันซึ่งจะทำให้คุณมีข้อผิดพลาดที่คุณต้องแก้ไข

— Nisse
แหล่งที่มา

นั่นเป็นวิธีที่ค่อนข้างแพงในการทำสิ่งที่ง่าย

— Matt Young

ใช่ แต่ฉันคิดว่ามันขึ้นอยู่กับความแม่นยำที่เราต้องการ

— Nisse

1

คุณบอกว่าตัวต้านทานเป็นแหล่งที่มาหลักของข้อผิดพลาด การใช้ชิ้นส่วนที่มีราคาแพงกว่าพร้อมกับการเพิ่มรางเชิงลบบางประเภทไม่สามารถแก้ไขได้ การใช้ตัวต้านทานที่มีความแม่นยำสูงกว่า

— Matt Young

ถ้าไม่มีความต้องการแอมพลิฟายเออร์ไม่จำเป็นต้องมีตัวต้านทานใด ๆ .. และมันก็เป็นอีกวิธีหนึ่งในการทำมันฉันไม่ได้บอกว่ามันเป็นวิธีที่ถูกต้องในการทำแอปพลิเคชันใด ๆ แต่ในบางกรณี ดีกว่าที่จะยอมแพ้ในการไม่ใช้รางเชิงลบ

— Nisse