diod.club » Проектирование и дебаг » Общие вопросы проектирования электроники » Выпрямитель на ОУ

Страниц (1): [1]
 

1. Victor_P. - 01 Ноября, 2015 - 13:33:52 - перейти к сообщению
Пересматривал даташиты на ОУ и нашел вот такой выпрямитель (картинка).

Появилось несколько вопросов:
1. Так можно делать любым rail-to-rail?
2. Какие могут быть подводные камни в таком выпрямлении?

Нужно для измерения RMS напряжения и тока после трансформаторов тока и напряжения соответственно. Питание однополярное.
Чем лучше/хуже включение без выпрямления с подачей напряжения смещения (кроме того, что програмно виртуальный 0 придется вычислять)?

Трансформаторы такого типа:
http://www.mistertao.com/beta/pa...35668363291.html
http://www.mistertao.com/beta/pa...45543211414.html
Кстати, там есть вариант включения на OP07 на оба входа. Не могу понять как оно работает, ведь нужен нагрузочный резистор (как во втором варианте включения), а обходятся без него.
2. koyodza - 01 Ноября, 2015 - 17:43:46 - перейти к сообщению
1. Почти. Как минимум нужно чтобы ОУ был no phase reversal
2. Не все ОУ подойдут (см. инверсия фазы). Любой ОУ имеет некоторое падение на нижнем плече, это может иметь значение при работе с малыми амплитудами. Время выхода из насыщения может ограничивать полосу частот.

К измерению RMS эта схема не имеет никакого отношения.

Если хотите измерять с помощью МК, обсчитывая на нем RMS, то лучше обойтись без выпрямителя. Смещение можно периодически корректировать программно, или использовать программный ФВЧ перед RMS-преобразованием. В любом случае для программного определения RMS нужен соответствующий МК и АЦП, чтобы можно было измерять сигналы в требуемой полосе частот с требуемой точностью.

Подключение трансформатора прямо ко входам трансимпедансного усилителя должно давать лучший результат, потому что трансформатор используется в качестве трансформатора тока, а трансимпедансный усилитель имеет входное сопротивление, стремящееся к нулю. Таким образом трансформатор работает в более линейном режиме, чем в случае нагруженности на R и измерении падения напряжения на нем.
3. Victor_P. - 01 Ноября, 2015 - 20:02:25 - перейти к сообщению
koyodza пишет:
1. Почти. Как минимум нужно чтобы ОУ был no phase reversal

А зачем? Какая мне разница что там с фазой творится, сдвинута она на 180 градусов или 30.
Мне нужно сделать условно 50 замеров за 20мс, точное время я возьму с детектора перехода, а мерять с начала полупериода и до конца второго или с 30 градусов и до 30, КМК разницы никакой нет.

2. Не совсем понял про насыщение и полосу частот. Частота будет одна - 50Гц, ну +- отклонение. В насыщение я его заганять не собираюсь (если я правильно понял что такое насыщение).

koyodza пишет:
Если хотите измерять с помощью МК, обсчитывая на нем RMS, то лучше обойтись без выпрямителя.
Именно это и хочу и именно это (выпрямлять или нет) и хотел знать, спасибо. Виртульный 0 (как я понимаю это и есть смещение) само-собой будет постоянно корректироваться.
Про
Цитата:
программный ФВЧ перед RMS-преобразованием
не понял. Можно обьяснить более детально.
Соответствующий МК и АЦП врядли нужны для моих задач. Улыбка Я думаю 100 измерений за 10мс (полупериод) и последующий обсчет любая тинька сделает.

Насчет подключения напрямую к ОУ. Т.е. я могу тупо подключать транс к ОУ, делать единичное усиление (во-первых мне больше не нужно, во-вторых меньше резисторов меньше шумов), если использовать тот-же ОР07, то задействовав выводы 1 и 8 (VOS TRIM) могу сдвинуть 0 на выходе на половину амплитуды + небольшой запас и подавать итоговый сигнал на вход АЦП МК, так?

upd
Вот подумал, получается если не выпрямлять, я теряю половину разрешения АЦП измеряя полную амплитуду.
4. koyodza - 01 Ноября, 2015 - 20:41:25 - перейти к сообщению
Victor_P. пишет:
Какая мне разница что там с фазой творится, сдвинута она на 180 градусов или 30
Вы неправильно понимаете что такое инверсия фазы. Это особенность некоторых ОУ, которая в частности не позволяет использовать ОУ как компаратор. Почитайте, потом вернемся к этому вопросу если будет нужно.
http://www.analog.com/media/en/t...rials/MT-036.pdf
http://tqfp.org/circuit-design/ispolzovanie-ou-v-kachestve-komparatora.html
http://electronix.ru/forum/lofiv....php/t50126.html
Victor_P. пишет:
Частота будет одна - 50Гц, ну +- отклонение.
Гармоники забыли. Иначе какой смысл делать true RMS - ставьте полосовой фильтр на 50Гц, выделяйте одну частоту, потом можно хоть пиковым детектором мерить с поправочным коэффициентом. Поэтому полосу всё же придётся какую-то выбрать, думаю не ниже единиц кГц, если хотите измерять RMS тока, потребляемого например выпрямителем с ёмкостным фильтром.
Victor_P. пишет:
В насыщение я его заганять не собираюсь
В схеме выпрямителя из первого сообщения левый канал ОУ сам будет в насыщение уходить, в каждом периоде сигнала.
Victor_P. пишет:
думаю 100 измерений за 10мс (полупериод) и последующий обсчет любая тинька сделает
Не факт. Считать нужно.
Victor_P. пишет:
Насчет подключения напрямую к ОУ. Т.е. я могу тупо подключать транс к ОУ, делать единичное усиление (во-первых мне больше не нужно, во-вторых меньше резисторов меньше шумов), если использовать тот-же ОР07, то задействовав выводы 1 и 8 (VOS TRIM) могу сдвинуть 0 на выходе на половину амплитуды + небольшой запас и подавать итоговый сигнал на вход АЦП МК, так?
Нет, там не единичное усиление. Посмотрите внимательно, это трансимпедансный усилитель, или преобразователь ток-напряжение. Его входное сопротивление и входное напряжение стремятся к нулю. Да и сместить ОР07 балансировкой на половину питания вряд-ли удастся, там не такой широкий диапазон регулировки (если это делать штатными средствами в виде подстроечника).
Victor_P. пишет:
программный ФВЧ перед RMS-преобразованием
не понял. Можно обьяснить более детально.
После оцифровки сигнала накладываете на него функцию ФВЧ с частотой среза единицы Гц, а уже результат подвергаете RMS-преобразованию. ФВЧ автоматически обрежет постоянную составляющую.
Victor_P. пишет:
Вот подумал, получается если не выпрямлять, я теряю половину разрешения АЦП измеряя полную амплитуду.
Не половину, а один двоичный разряд. Но в области малых сигналов выпрямитель может дать большее ухудшение линейности. Тут навскидку сложно сказать какой вариант даст лучше точность, тем более для абстрактных обобщенных вариантов, тут от деталей реализации сильно зависеть будет, но я бы при подобном выборе скорее пошел бы путём оцифровки исходного, а не выпрямленного сигнала. Другое дело если бы у Вас был аппаратный RMS-выпрямитель и Вы оцифровывали уже медленно меняющийся сигнал. Но в варианте как в исходном сообщении - не думаю что это очень удачное решение.
5. Victor_P. - 01 Ноября, 2015 - 21:29:06 - перейти к сообщению
koyodza пишет:
Почитайте, потом вернемся к этому вопросу если будет нужно.
Ок.
Остальные ответы, вызвали еще больше вопросов, так что читать придется много Радость
koyodza пишет:
После оцифровки сигнала накладываете на него функцию ФВЧ с частотой среза единицы Гц, а уже результат подвергаете RMS-преобразованию. ФВЧ автоматически обрежет постоянную составляющую.
Вот об этом где можно почитать? Алгоритм, принцип работы и т.п.
koyodza пишет:
но я бы при подобном выборе скорее пошел бы путём оцифровки исходного, а не выпрямленного сигнала.
Понятно, значит выпрямители отпадают.
И еще насчет:
Цитата:
ставьте полосовой фильтр на 50Гц, выделяйте одну частоту, потом можно хоть пиковым детектором мерить с поправочным коэффициентом.
Насколько результат такого измерения будет хуже? Я собственно из-за чего за RMS зацепился,- когда-то долго ковырялся с ИБП, не мог понять, почему он от батарей на выходе только 160В дает (хотя комп работал нормально), пока не померял RMSным вольтметром Улыбка

upd 02.11.2015
Про Phase-Reversal прочитал, понял, спасибо.
Прочитал про трансимпедансные усилители, тоже спасибо, узнал для себя новую информацию. Специальных таких у производителей мало и почти все для фотодиодов. Посмотрел на ОР07, который китайцы нарисовали в рекомендованых схемах включения трансформаторов в трансимпедансном включении, оказывается он обычный ОУ с малым напряжением смещения. Из этого сделал вывод что в таком режиме может работать "любой" ОУ.
С учетом вышеизложенного и так как необходимость выпрямления отпала искал сегодня ОУ, которые могут сдвигать сигнал. Наткнулся на серию инструментальных усилителей. После долгого выбора осталось 2 кандидата: AD8221 и AD620, они оба нормально принимают +-2В (и больше) на входе и приблизительно одинаковые по остальным параметрам и цене.
Собственно опять появились вопросы:
1. Можно эти ОУ использовать как трансимпедансные и подключить к ним напрямую трансформаторы тока и напряжения?
2. Если можно, то какая разница между выбранными 2я кандидатами, какой мне больше подходит?
3. Если нельзя, то какие можно (с входом смещения)?
4. ... есть еще, но потом, хватит пока и этих Улыбка
6. Леонид Иванович - 03 Ноября, 2015 - 09:13:17 - перейти к сообщению
Преобразователь тока в напряжение на инструментальном ОУ не получится, придется нагружать трансформатор тока резистором и снимать с него напряжение. Вообще, чаще всего получается сдвинуть уровень на подручных средствах, не отдавая кучу денег за инструментальные усилители. Тем более, в данной задаче смещение все равно программно вычитаться будет, его точность не имеет никакого значения. Тут самое место копеечному LM358.
7. Victor_P. - 03 Ноября, 2015 - 10:42:27 - перейти к сообщению
Леонид Иванович, спасибо.
Так много заморочек с выбором ОУ, а выигрыш какието % в точности измерения.
Мне ж его, действительно, не в космос запускать.
Может сделать вот так (картинка) и не заморачиваться?
Только еще не решил напряжение смщения мерять или вычислять? Думаю, что мерять все-же логичнее будет.
8. koyodza - 03 Ноября, 2015 - 10:59:00 - перейти к сообщению
Ваши трансформаторы имеют оговоренную линейность при токе вторичной обмотки до 5мА и сопротивлении нагрузки не более 100 Ом, соответственно максимальное напряжение будет 0,5В, что при питании от 5В составит 1/10 шкалы АЦП, иными словами потеряете 3-4 двоичных разряда.
Лучше здесь подошли бы дифференциальные входы АЦП, хоть в простой схеме с резисторами, хоть в случае использования трансимпедансных усилителей со смещением входа путем подачи на входы смещения от опорника или простого делителя.
9. Victor_P. - 03 Ноября, 2015 - 11:32:59 - перейти к сообщению
koyodza, спасибо.
Цитата:
соответственно максимальное напряжение будет 0,5В
именно 0.5В или +-0.5В, что после сдвига будет х...х+1В?
Внутренняя опора у тини84 1.1В, так что если после сдвига размах будет до 1.1В то вообще идеальный вариант получается.
Дифф. входы у нее тоже есть, другое дело, что при использовании дифф. входов 84я тинька уже не подойдет, не останется выводов для SPI, но это мелочи, найду другую.
Я никогда не работал с дифф. входами, как их включить, как вычислять значение это все есть в даташите. А вот сдвиг по постоянке делать нужно или подключать каждый транс отдельно напрямую, нижнюю полуволну резать не будет? Или все что придет на "-" вход и будет 0 сигнала? И как быть с RC цепочкой, R оставить как есть, а C паралельно дифф. входу?
10. koyodza - 03 Ноября, 2015 - 11:50:48 - перейти к сообщению
Да, конечно +/-0,5В, но это при токе +/-5А, если ток предполагается меньше то и напряжение соответственно меньше.
После смещения на 2,5В получите 2..3В
Внутренняя опора и у более достойных МК обычно отстойная, что уже говорить про "самый народный атмел". Практически никогда не использую внутреннюю опору, исключение разве что некоторые силабсы. Часто даже применяемые для питания МК стабилизаторы могут дать лучший результат по стабильности и повторяемости параметров. К тому же надо учитывать, что шум АЦП обычно имеет и некоторую начальную величину, которая увеличивает вклад в общий шум при уменьшении опорного напряжения и диапазона входных сигналов.

Дифференциальные входы в приведенной схеме с трансформаторами и резисторами включаются просто: один вход (допустим In+) так как подключены сейчас, второй (In-) к общей точке, на которую подано смещение.
В случае использования трансимпедансных усилителей на ОУ всё не намного сложнее, просто добавятся ОУ

При использовании дифференциальных входов нет необходимости добиваться хорошей точности и стабильности общей точки, даже в прецизионных схемах может быть применен простой делитель опорного напряжения АЦП (или питания если оно используется в качестве опорного).
11. Victor_P. - 03 Ноября, 2015 - 13:03:08 - перейти к сообщению
Да, 5А мне не нужно. 1,8А долговременный максимум, 1,8...2А кратковременная работа, при 2А уже можно включать защиту. Соответственно на +-0.2В нужно настраивать максимальное разрешение.
Нашел ATtiny8(4,2)61A. В ней есть дифф. входа, 2е внутренних опоры 1.1В и 2.56В, а также вход внешней и Uпит как опора. Коэффициент усиления 1, 8, 20, 32.
Два режима работы дифф. входов:
Unipolar Differential Conversion
The voltage on the positive pin must always be larger than the voltage on the negative pin or otherwise the voltage difference is saturated to zero. The result is presented in one-sided form, from 0x000 (0d) to 0x3FF (+1023d). The GAIN is either 1x, 8x, 20x or 32x.
Bipolar Differential Conversion
As default the ADC converter operates in the unipolar input mode, but the bipolar input mode can be selected by writting the BIN bit in the ADCSRB to one. In the bipolar input mode twosided voltage differences are allowed and thus the voltage on the negative input pin can also be larger than the voltage on the positive input pin.The result is presented in two’s complement form, from 0x200 (-512d) through 0x000 (+0d) to 0x1FF (+511d). The GAIN is either 1x, 8x, 20x or 32x.

Т.е. получается, что режим Unipolar это то, о чем мы говорили, а при Bipolar можно подключать трансы без смещения. Так?
Не понял про Ку (GAIN), если при Ку=1 на вход при Unipolar придет разница в 0.3В, то и цифровываться будет оно как 0.3В. А вот при Ку=8? 0.3В усилится на 8 до 2.4В и потом оцифруется или оцифруется оно все равно как 0.3В, а потом результат умножиться? Тогда зачем такое надо?
12. Леонид Иванович - 03 Ноября, 2015 - 13:42:21 - перейти к сообщению
При оцифровке переменного напряжения нет необходимости делать точное смещение или измерять его. Постоянная составляющая сигнала отбрасывается алгоритмически (вычисляется среднее значение массива и вычитается). Напряжение смещения может быть получено простым делителем с напряжения питания. К нему лишь одно требование - чтобы оно было стабильно хотя бы на интервале одного измерения.

При использовании трансформаторов тока с низкоомным нагрузочным резистором важно получить низкое выходное сопротивление источника напряжения смещения. Как вариант - резисторный делитель и повторитель на ОУ.

При использовании дифференциальный входов АЦП микроконтроллера смещение все равно нужно, иначе нарушите допустимый диапазон входного синфазного напряжения. Усиление происходит до преобразования, поэтому на выходе усилителя сигнал должен вписываться в шкалу АЦП. Я бы не зажимал себя в узкие рамки выбором МК с дифференциальными входами. Это здесь ни к чему. Поставьте ОУ (например, копеечный LM358 или LM324), как советовали выше - и всё.

Встроенная опора в AVR довольно хорошая, за исключением начальной точности. В измерителе на основе МК цифровая калибровка является обычным делом, она сводит на нет и этот недостаток.
13. Victor_P. - 03 Ноября, 2015 - 15:12:25 - перейти к сообщению
Цитата:
... Постоянная составляющая сигнала отбрасывается алгоритмически (вычисляется среднее значение массива и вычитается)...
Леонид Иванович, я это понимаю. Тут вопрос в другом,- если можно этого не делать, то лучше этого не делать Улыбка
А так как МК все-равно нужно выбирать, то лучше выбрать тот, который подойдет оптимально.
В цене комплектующих разницы особой не будет. Что предлагаемые Вами LM358 копейки стоят, что у разных МК (из тех, что я выбираю) цена практически одинаковая. Просто не хочется городить 4 ОУ на 4 канала измерения, если без этого можно обойтись.

Цитата:
При использовании дифференциальный входов АЦП микроконтроллера смещение все равно нужно, иначе нарушите допустимый диапазон входного синфазного напряжения.
Все-же я пока тут уперся в стену, как тогда может быть
Цитата:
In the bipolar input mode twosided voltage differences are allowed and thus the voltage on the negative input pin can also be larger than the voltage on the positive input pin.
? Видимо, это для обмотки с отводом от середины, на который подается смещение? Или нет? Короче, но могу пока понять как это работает, если все-равно нужно смещение.
14. Леонид Иванович - 03 Ноября, 2015 - 18:47:51 - перейти к сообщению
Victor_P. пишет:
Все-же я пока тут уперся в стену, как тогда может быть


В дифференциальном режиме измеряется разность напряжения между входами. Биполярный и униполярный режимы отличаются тем, что в первом случае эта разница может быть отрицательной и положительной (т.е. может быть один вход выше, а может быть другой), а во втором - только положительной. Но относительно земли оба входа могут быть только положительными.
15. Victor_P. - 03 Ноября, 2015 - 19:42:43 - перейти к сообщению
Леонид Иванович пишет:
Но относительно земли оба входа могут быть только положительными.
Вот я этого понять и не могу. Есть у нас, например, обмотка транса, нагруженная на резистор и подключенная к дифф. входам ОУ. Каким образом ОУ (МК) будет знать что потенциал на каком-то входе ниже чем на земле? Гальванической связи обмотки с землей нет. Он может знать только величину и знак относительно одного из входов.

И еще вопрос.
Вот есть у меня диапазон напряжений, который мне интересно мерять, допустим +-0,5В. Я на него настраиваю АЦП. Все что выше или ниже будет обрезаться, вродь все нормально, но как быть с вычислением смещения? Например +-0,5В я сдвинул на +0,5В и взял опорное 1,25В. Когда придет +-0,6 я получу снизу обрезку на 0,1В, а сверху АЦП еще все захватит, виртуальный 0 сдвинется. Что делать?
16. Леонид Иванович - 03 Ноября, 2015 - 20:25:29 - перейти к сообщению
Подключать висящий в воздухе трансформатор к дифф. входам нельзя. Потенциал вторички трансформатора должен быть зафиксирован относительно земли. Например, смещен на половину питания.

Когда что-то обрезается, измерения делать нельзя. В рабочем диапазоне напряжений ничего не должно обрезаться.

Powered by ExBB
ExBB FM 1.0 RC1 by TvoyWeb.ru
UaExBB Style

[Script Execution time: 0.0286]     [ Gzip Disabled ]