Tag Archives: ОУ

Гальваническая развязка аналогового сигнала

Начинающим 26 августа 2021 DI HALT 22 комментария

Порой приходится делать гальваническое разделение аналогового сигнала. Например, чтобы отделить АЦП контроллера от высоковольтной части. И если с передачей дискретных сигналов все более менее понятно, там можно обойтись обычным оптроном, работающим в режиме вкл-выкл, то что делать с аналоговым сигналом?

Первое что приходит на ум, так это взять какую-нибудь оптопару и попробовать питать ее светодиод не номинальным напряжением, а нашим аналоговым сигналом. Ведь если напряжение на входе меньше, то светодиод горит тусклее и у фотодиода или фототранзистора на выходе будет совсем другое открытие. Если посмотреть даташит на какую-нибудь оптрон, вроде дешевого и популярного LTV817, то да, можно увидеть вполне характерную зависимость тока выхода (I_C от тока входящего в светодиод (I_F):

И даже можно попробовать на нем что-то изобразить. Но возникает несколько проблем. И главная даже не в нелинейности. В конце концов, в большинстве случаев, у нас сигнал все равно идет на АЦП какое-нибудь. А там нелинейность можно бы и программно исправить — бомбануть табличку или по формулам с кусочно-линейной аппроксимацией. Нет, главная проблема тут в разбросе параметров самих оптронов от штуки к штуке, даже в пределах одной партии, более того, они еще и с температурой очень сильно изменяют свои характеристики. Получится система которую сложно повторить и откалибровать. Скорей получится сделать всратый термометр чем линию связи :)
(далее…)

Операционный усилитель. Примеры схем с описанием работы ч. 2

Начинающим 14 декабря 2019 DI HALT 4 комментария

▌Преобразователь тока в напряжение

Некоторые виды датчиков имеют токовый выход, т.е. их сигнал в виде тока, в зависимости от измеряемой величины. А нам этот ток надо оцифровать, например, через АЦП. Как это сделать? Простейшее решение это пропустить ток через резистор и снять падение напряжения:

Вот так. Но у данного метода есть боольшой недостаток — высокое входное сопротивление. Т.е. нам, чтобы получить напряжение надо наш ток умножить на сопротивление, ну по закону Ома U=I*R. А если ток маленький? Скажем, дает датчик 0…1мА? А нам снять для АЦП нам надо хотя бы несколько вольт. Первое что приходит в голову это просто поставить резистор побольше, скажем на 5кОм. Получим, в максимуме, 5 вольт на выходе. Ага… По идее, и то если источник тока, которым является наш некий датчик, будет обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы развить на выходе такое напряжение, чтобы через эти 5кОм продавить 1мА. А это далеко не всегда так. Датчик может быть хиленьким и дохленьким и от нашего нагрузочного сопротивления просто сдуется и не даст своего тока.

В таком случае надо датчик нагрузить на КЗ и снимать непосредственно ток уходящий в это КЗ. Но чтобы КЗ как бы и не было, чтобы было откуда брать падение… Ну, в общем, вы поняли к чему я клоню ;)

(далее…)

Операционный усилитель. Примеры схем с описанием работы

Начинающим 10 ноября 2019 DI HALT 9 комментариев

Продолжение статьи «Операционный усилитель. На пальцах. Для самых маленьких»

Разберем еще пару схем, чтобы было понятно что и как. Как обычно, усилитель у нас идеальный.

▌Преобразователь напряжения в ток
Иногда надо получить источник тока. Это такой источник энергии который обеспечит протекание нужного тока через любое сопротивление. Вот есть у нас источник на 10мА и если мы его замкнем накоротко, то будет через точку КЗ течь ток в 10мА, а если мы оборвем его, то через обрыв … будет течь ток в 10мА, для этого источник тока загонит свое выходное напряжение до такого уровня, что заряды побегут через воздух, образовав пробой. Ну это в идеальном случае конечно. В реале источник тока при обрыве просто выставит свое максимально возможное напряжение.

Зачем нужно такое? Ну… по разным причинам. Светодиоды питать, например. Или есть линии связи на токовой петле. Когда у нас по проводу передается сигнал не напряжением, а током. Это очень удобно — от длины линии и роста ее сопротивления сигнал не меняется, всегда можно детектировать состояние линии — обрыв это нулевой ток, КЗ это ток выше лимита.

Я как то уже писал про токовую петлю 4-20мА. И вот там был пример применения ОУ для создания преобразователя напряжение-ток. Вот его схемотехника:

Принцип работы рассматриваем по той же методике. ОУ охвачен обратной связью. Считаем, что у нас виртуальное КЗ между его входами.

И можно смело вычислить ток I который будет, просто по закону Ома, равен как I = Uвх/R3. Но так как на самом деле никакого КЗ нет и, более того, во входы ОУ ничего не течет из-за его бесконечного сопротивления, то Ioс = 0. А раз Iос равна нулю, то ток I = Iout и жестко задается ТОЛЬКО входным напряжением и значением R3. Как бы не менялось побочное сопротивление линии R1 ток останется неизменным. Ну, конечно, при условии, что источник питания U может это обеспечить должным напряжением.
(далее…)

Операционный усилитель

Начинающим 13 февраля 2011 DI HALT 199 комментариев

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? ;) Ладно, давно пора двинуть небольшой ликбезик. В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать.

Что это
Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. Т.е. у нас U_вых= K*U_вх а К в идеале равно бесконечности. На практике, конечно, там числа поскромней. Скажем 1000000. Но даже такие числа взрывают мозг при попытке их применить напрямую. Поэтому, как в детском саду, одна елочка, две, три, много елочек — у нас тут много усиления ;) И баста.

А входа два. И один из них прямой, а другой инверсный.

Более того, входы высокоомные. Т.е. их входное сопротивление равно бесконечности в идеальном случае и ОЧЕНЬ много в реальном. Счет там идет на сотни МегаОм, а то и на гигаомы. Т.е. оно замеряет напряжение на входе, но на него влияет минимально. И можно считать, что ток в ОУ не течет.

Напряжение на выходе в таком случае обсчитывается как:

U_out=(U₂-U₁)*K

Очевидно, что если на прямом входе напряжение больше чем на инверсном, то на выходе плюс бесконечность. А в обратном случае будет минус бесконечность.

Разумеется в реальной схеме плюс и минус бесконечности не будет, а их замещать будет максимально высокое и максимально низкое напряжение питания усилителя. И у нас получится:
(далее…)

Измерительные цепи

Начинающим 1 июня 2009 DI HALT 78 комментариев

При работе автоматической системой нам в подавляющем большинстве случаев будут нужны будут датчики, способные замерить разные величины. И хоть сейчас получают распространение цифровые датчики, вроде термометра DS1820, все же аналоговых датчиков намного больше. Постараюсь кратко описать как со всем этим хозяйством работать.

Выход с датчика может быть трех основных видов (если кто вспомнит еще, добавьте в комментах)
Напряженческий, токовый и резистивный. Как понятно из названия, тут выходная датчик превращает колебания измеренной величины в колебания напряжения, тока или сопротивления, осталось только эти величины привести к виду удобному для запихивания в АЦП микроконтроллера.
(далее…)

И. Достал. Операционные усилители

Книги 29 апреля 2009 DI HALT 24 комментария

Автор:		И. Достал.
Название: 	Операционные усилители
Издательство: 	Москва

Одна из лучших книг по работе с операционными усилителями. Не слишком простая, но в то же время без излишних заумностей. Уровня «Искусства схемотехники». Разобрано практически все, от общей конецпции до устойчивости схем и шумов с погрешностями.

Аналоговый реобас

Готовые устройства, Начинающим 9 августа 2008 DI HALT 339 комментариев

Давным давно, когда я сидел на дорогущем инете по трафику я загнался по моддингу. Визуально оформительская часть этого движения мне была глубоко по барабану, а вот тишины хотелось очень сильно. Наткнулся я на интересный девайс – реобас. Прочитал текстовое описание, с любопытством подгрузил картинки и жестоко обломался – перспектива крутить ручки, выставляя скорость вентиляторов, мне показалась совершенно бредовой. Ну в самом деле, что за фигня? Я же ленивый до безумия, либо выставлю на максимум, чтобы получить нормальное охлаждение и буду сидеть, слушая свист ветра и вой кулеров, либо забуду на минимуме и в итоге получу синий экран смерти из-за перегрева чего либо. Пришлось врубить родимый паяльник и начать изобретать систему управления кулерами.

Пропорциональное управление – залог тишины!
Какая задача ставится перед нашей системой управления? Да чтобы пропеллеры зря не вращались, чтобы зависимость скорости вращения была от температуры. Чем горячее девайс — тем быстрей вращается вентилятор. Логично? Логично! На том и порешим.
Заморачиваться с микроконтроллерами конечно можно, в чем то будет даже проще, но совершенно не обязательно. На мой взгляд проще сделать аналоговую систему управления — не надо будет заморачиваться с программированием на ассемблере.

Будет и дешевле, и проще в наладке и настройке, а главное любой при желании сможет расширить и надстроить систему по своему вкусу, добавив каналов и датчиков. Всё что от тебя потребуется это лишь несколько резисторов, одна микросхема и термодатчик. Ну а также прямые руки и некоторый навык пайки.