Работая с разными аналоговыми датчиками часто натыкаешься на то, что у датчика сигнал биполярный. Ну то есть он не 0…5 вольт, а, например, -2.5…+2.5. И вот ради такой фигни городить двуполярное питание ну совсем не хочется, добавлять ОУ, чтобы сместить уровень до съедобного для АЦП тоже. Если точность позволяет, то есть такое вот простое и ультрадешевое решение:

Да да, берем и вешаем наш биполярный сигнал и через делитель бросаем его на плюс питания. Делителем масштабируем его как нам угодно и все :)

Ну, а считается он элементарно. Скажем, минимальное напряжение сигнала -2 вольта. Ток в АЦП не течет, значит весь ток идет только по ветке In — R2 — R1 — 5V При -2 вольтах на входе, разница потенциалов с питанием будет 7 вольт. По закону Ома 7V / 20kOhm = 0.00035A. Падение на резисторе R1 будет 3.5 вольта. А значит на средней точке делителя будет 5-3,5 = 1.5 вольта.

Если же на входе 2 вольта, то точно также: Разница напряжений 3V, ток в ветви 3V / 20kOhm = 0.00015A. Падение на резисторе R1 будет 1.5 вольта, а значит на средней точке делителя будет 5-1.5 = 3.5 вольта.

Понятно, что у данного решения хватает минусов. Например то, что плаванье питания непременно скажется на амплитуде выходного сигнал нашего датчика. Можно, конечно, застабилизировать его каким-нибудь LOW-DROP стабилизатором, выведя на отдельную ветку от основного. Но тут надо смотреть, чтобы стабилизатор не стал дороже нормального решения на ОУ :) Также мы теряем в размахе сигнала. На входе был размах в 4 вольта (-2…2), а на выходе получили всего 2 (1.5…3.5) вольта.

Еще не помешает защитный диод. Его задача не дать напряжению обратной полярности входного сигнала пролезть в питание и натворить там дел.

Но когда надо по быстрому, такой вот грязный трюк вполне можно применять.

Read More »

Я когда то уже писал статью про операционные усилители. Но она была унылым говном, спустя какое-то время я кажись понял КАК надо раскрыть и повернуть тему, чтобы данная деталька о 5 ногах стала понятна даже школьнику, но все никак не мог собраться выложить. И так прошло дохрена лет и я, наконец то, созрел написать это :)

▌Что это ваще?
Операционный усилитель, далее ОУ это краеугольный камень аналоговой электроники. Такая микросхемка с помощью которой можно сделать кучу интересных вещей. Вы не смотрите, что ее зовут усилитель. Это только принцип, а вот если его применять по разному, то с его помощью можно складывать, вычитать, умножать, интегрировать и дифференцировать аналоговые сигналы. С его помощью можно сделать генератор или регулятор. Любой: П, И, ПИ, ПД, ПИД. На нем можно сделать фильтр частот, да черт знает еще что. Очень функциональная девайсина.

▌Немного теории
Идеальный операционный усилитель обладает тремя свойствами.

1. У него БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОЕ сопротивление входов. Т.е. ток в его входы не течет вообще.
2. У него БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШОЙ коэффициент усиления. Т.е. любой ничтожный сигнал превращается в бесконечно большое значение.
3. У него два дифференциальных входа и один выход. Дифференциальные входы означают то, что из напряжения пришедшего в прямой вход мы вычитаем напряжение пришедшее по инверсному входу, а результат этого вычисления умножаем на бесконечность, согласно пункту 2.

Во всей статье будут рассматриваться ТОЛЬКО ИДЕАЛЬНЫЕ ОУ. Чисто теоретическая абстракция.

(далее…)

Read More »

Иногда нужно измерять амплитуду сетевого напряжения, или частоту или еще какие параметры. Вот как у меня тут — перед включением компрессорной установки надо убедиться, что напряжение в сети не ниже номинальной. Иначе движок не стартанет, а вентили могут не встать в нужное положение. Главная сложность тут в том, что крайне желательно иметь гальваническую развязку от сетевого напряжения. Т.е. напрямую измерять сетевую напругу через простой делитель может быть черевато.

▌Измерить толщину сиськи
Изначально в проекте было заложено вот такое решение:

На резистора гасится большая часть напряжения, стабилитрон стоит тут больше для подстраховки и в качестве обратного диода для противоположной полуволны. На деле он не особо нужен.

Ну, а дальше все просто. У оптопары H11L1M внутри стоит триггер Шмитта, т.е. есть некоторый гистерезис на включение и выключение. Включается он при токе через его светодиод примерно в 1мА, а выключается на токе 0.8мА.

Если посмотреть осциллограмму тока на светодиоде, сняв ее с резистора R35, то увидим такую картину для 220 вольт:

Разрешение 50мВ на деление, триггер стоит на 80мВ по спаду.

Включаться он должен на 100мВ, а выключаться на 80мВ, что будет 1мА и 0.8мА соответственно. Курсорами выделены моменты включения и выключения. Разница по времени, dx = 8.38ms

Если снизить напряжение до 110 вольт, то:

dx уменьшится до 6.94ms т.е. А что такое миллисекунда для микроконтроллера тикающего на мегагерцовых частотах? Да колоссальная величина! Замерить ее точно таймером в режие захвата не составляет проблем. Дальше сунуть в память таблицу соответствия и, казалось бы, все круто? Да, но не совсем…

Решение дешевое, простое. Но не слишком точное. А в ряде случаев его вообще не получится применить.

Вся проблема в том, что длительность у нас от амплитуды зависит косвенно. В идеальном мире оно бы проканало, но современные сети, особенно промышленные, сильно засраны разными импульсными потребителями.

Вроде всяких там, сварочников, инверторов, мощных приводов и прочего. Что искажает форму синуса. Делая его вообще каким-то непотребным. А если это не синус, а херня какая-то, то все эти наши красивые построения основанные на таймингах пролетают. Во-первых, точность падает катастрофически, а она изначально была так себе. Во-вторых, калибровать придется каждый раз под новую сеть, раз и навсегда таблицы в память не забить. Ну и форма синуса зависит вовсе не от вас, а от ООО «Сварщик каннибал» расположенную в соседнем цехе.

Так что 220 вольт от 110 вы еще отличите, а вот о точности хотя бы до 5 вольт можно позабыть. Но в некоторых случаях большего и не требуется.

Мне же внезапно потребовалось. Поэтому начинаем переделывать исходный проект, доставшийся мне от предшественника.

(далее…)

Read More »