Negatieve spanning meten met ADC

Theorie en praktijk horen bij elkaar

Postby petrus bitbyter » Thu Oct 10, 2013 12:00 am

WalbeekHoi petrus bitbyter,



NB2, ik heb nog eens gerekend en volgens mij is de uitgang 0V als de ingang +1V is en 2V als de ingang -1V is. klopt dit?
De spanning is dan wel altijd positief, maar de waarde is geinverteerd.


Klopt. Wat je op de min-ingang aanbiedt, wordt geïnverteerd. De aangeboden -2V wordt dus positief aan de uitgang. Maar omdat de versterking 0,5 is, komt er maar 1V van op de uitgang. De andere ingang wordt ook geïnverteerd en precies één keer versterkt. het signaal komt met elkaar dus geïnverteerd 1V boven de GND te liggen.

Er zijn een paar manieren om dit op te lossen. Je kunt een extra inverterende versterker toevoegen. Je kunt de inversie in de micro terugdraaien. Er is ook nog een schemaatje mogelijk dat niet inverteert.

Denk er overigens aan dat lang niet alle opamps bij deze lage spanningen goed zullen werken. Die goede oude 741 trekt het vast niet. Ik denk dat even googelen wel iets bruikbaars op zal leveren. De LT1006 van Linear zal het denk ik wel doen. (Maar ik heb geen idee wat die kost.)

petrus bitbyter
petrus bitbyter
 
Posts: 663
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby walbeek » Fri Oct 11, 2013 12:00 am

Hoi petrus bitbyter, bedankt voor je reactie.

Ik heb even gezocht naar opamps maar kom niet echt uit de minimale spanning waarbij ze goed versterken. Als ik bijvoorbeeld de OPA137N neem, die werkt van -2,25 tot +18V, dat is wel afdoenden.
Ik zie echter niet wat de minimale spanning is die versterkt wordt, of deze dus geschikt is van -1V tot +1V.
Heeft iemand een suggestie?

Rinie
walbeek
 
Posts: 191
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby tymenyel » Sun Oct 13, 2013 12:00 am

Je moet naar rail to rail opamps zoeken. Alleen bestaan er geen opamps die helemaal tot de voedingsspanning kunnen sturen, dus wat ik gedaan heb, ik blijf er 0.5 volt van af. +1 aan de ingang is 0.5 volt aan de uitgang -1 volt wordt 4.5 volt. Ik weet zeker dat je microcontroller hier wel raad mee weet. Ik heb het signaal 2 maal versterkt, waardoor je een bitje meer nouwkeurigheid krijgt. Zoek gerust naar andere rail to rail opamps, er zijn er genoeg. Een gewone opamp kan niet vlak in de buurt van de voedingsspanning uitsturen, waardoor die ongeschikt zijn voor wat jij wilt.

Groeten, Martijn
Attachments
plusmin1volt.gif
tymenyel
 
Posts: 203
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby walbeek » Mon Oct 14, 2013 12:00 am

Hoi Martijn, bedankt voor je reactie.

Het te meten signaal is -1V tot +1V, waarbij de massa aan de massa van de voeding kan liggen (water).
Ik krijg een voedingsspanning van +5V en -2V, ik dan de opamp dus een negatieve spanning aanbieden.
Na de opamp heb ik een AD-converter, een MCP3421. Die is ingesteld op 16 bits en heeft een interne referentie van 2,048V.
Als ik de -V ingang aan massa hang dan kan ik een signaal meten van 0 tot 2,048V met de +V ingang. Dit is dan een 16 bits waarde en als ik die terug reken, dan klopt dit allemaal exact. Een spanning boven de referentie geeft een waarde van allemaal eenen (0xFFFF)

Met de sommerende versterker van petrus bitbyter kom ik met mijn ingang (-1V tot +1V) op 0V tot 2V, maar dan geinverteerd.
Ik heb dus een opamp nodig die signalen van -1V tot +1V behoorlijk zuiver kan versterken naar 0V tot 2V.
Misschien gebruik ik een dubbele opamp om het signaal weer te draaien (1 keer versterken) maar ik wil eerst proberen of dat in de software makkelijk lukt.

Rinie
walbeek
 
Posts: 191
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby petrus bitbyter » Mon Oct 14, 2013 12:00 am

Als eerder gezegd, je kunt ook met één opamp werken.
                                    +-----------------                                    |               +5V                                    |    ___                               +----)---|___|--+                               |    |    22k   |                               |    |          |                     22k ___   |  |\|          |       +-----+----------|___|--+--|-\          |       |     |           ___      |  >---------+---uit in----)-----)------+---|___|-----|+/       |     |      |    22k      |/|       |     |      |               |      .-.   .-.    .-.              |      | |470| |470 | |22k           |      | |   | |    | |              |      '-'   '-'    '-'              |       |     |      |               |       |     |      |               |       |     +------+---------------)-----------------GND       |                            |       |                            |                -2V       +----------------------------+-----------------created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de 
Hierbij is ook nuttig gebruikt gemaakt van de -2V die je tot je beschikking hebt. Je hebt daardoor geen rail-to-rail opamp nodig. Wel een opamp die bij deze lage spanningen kan werken en een lage offsetspanning heeft. De eerder genoemde LT1006 zou geschikt moeten zijn. Kost nog geen €5,- (ex. BTW) bij Farnell maar wordt uiteraard veel duurder als je er maar één besteld. Er zijn ongetwijfeld ook andere bruikbare opamps.

Een ander punt zijn de weerstanden. Met de gebruikelijk 5% weerstanden kun je makkelijk een flink aantal mV te veel of te weinig overhouden. Zelfs als je 1% weerstanden neemt en een opamp met heel lage offsetspanning, moet je met een paar mV afwijking rekening houden. Ook de nauwkeurigheid van de voedingsspanningen speelt daarbij nog een rol. Hoe erg dat is, hangt af van de benodigde nauwkeurigheid.

petrus bitbyter

Edit 22-10-2013

Er zit een fout in het bovenstaande schema. Hieronder de correctie.
                                   +-----------------                                   |               +5V                                   |    ___                              +----)---|___|--+                              |    |    22k   |                              |    |          |                  22k___      |  |\|          |          +-----+---|___|-----+--|-\          |          |     |    ___         |  >---------+---uit    in----)-----)---|___|---+----|+/          |     |    22k    |    |/|          |     |           |      |         .-.   .-.         .-.     |         | |470| |470      | |22k  |         | |   | |         | |     |         '-'   '-'         '-'     |          |     |           |      |          |     |           |      |          |     +-----------+------)-----------------GND          |                        |          |                        |                -2V          +------------------------+-----------------                                                    .created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de 
petrus bitbyter
petrus bitbyter
 
Posts: 663
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby anneo » Wed Oct 16, 2013 12:00 am

Als 'r zo nodig een opa aan te pas moet komen kan met om het even welke,wel een die op 5V werkt,zo:
Anne
Attachments
Sbrn.jpg
anneo
 
Posts: 1339
Joined: Thu Jan 02, 2014 10:36 am

Postby tymenyel » Fri Oct 18, 2013 12:00 am

Anne als we jou toch niet hadden, het ei van columbus. Er kan nog een condensator tussen de ingang en de drain van de P-channel FET, maar dan denk ik dat het niet beter kan dan dat. Met een ander schema als dit introduceer je aleen maar ruis. Dit schema werkt al goed met een hele trage opamp. Anne, je bent geniaal.

Groeten, Martijn
tymenyel
 
Posts: 203
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby anneo » Sat Oct 19, 2013 12:00 am

Ach Martijn,laten we niet overdrijven.Het is hetzelfde als wat ik eerder voorstelde met fetjes.Alleen door de grote spreiding in de eigenschappen van die dingen moest de stroom ingesteld.
Met een opa speelt wel de ingang-offset mee.Om 't helemaal goed te doen zou hier ook een instelling moeten.Bijv.de 10k/40k deler te vervangen door 9k1+1k potm.+39k.En dan de loper aan de +in.
Anne
anneo
 
Posts: 1339
Joined: Thu Jan 02, 2014 10:36 am

Postby petrus bitbyter » Sun Oct 20, 2013 12:00 am

Die offset speelt bij alle schakelingen die ik gezien heb mee en een potmetertje is de manier om dat zo goed mogelijk recht te breien. Geen probleem als het om één of een paar exemplaren van de schakeling gaat maar bij grotere aantallen een grote kostenpost. Niet zozeer voor dat potmetertje maar wel voor het afregelen. Verder los je hier de invloed van variaties in voedingsspanning en omgevingstemperatuur niet op. Net zo min als drift en veroudering. Maar dat gaat wel erg ver en het is de vraag of dat voor de OP van belang is.

Waar bij de FET-schakeling wel op gelet moet worden zijn de in- en uitgangsweerstand van respectievelijk signaalbron en ADC.
De eerste moet klein zijn ten opzichte van de 10k weerstand bijvoorbeeld 100R of kleiner en de tweede groot bijvoorbeeld 1M of groter. Is deze laatste te laag, bijvoorbeeld 100k, dan ben je maar zo 10% van je signaalniveau kwijt. Daar kun je wel weer wat aan doen door de 10k weerstand aan te passen maar dat is weer een heel ander verhaal.

petrus bitbyter
petrus bitbyter
 
Posts: 663
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

Postby walbeek » Tue Oct 22, 2013 12:00 am

Hoi allemaal,

Ik heb het schakelingetje van petrus bitbyter op een veroboard gebouwd en als de ingang los is heb ik aan de uitgang +1V.
Als ik de ingang aan -1V leg komt echter aan de uitgang ook -1V beschikbaar. Dit zou toch eigenlijk 0V moeten zijn?
Ik verbind de ingang met het sterpuntje van die 2 weerstanden van 470 ohm, de spanning op de beide ingangen is dan het zelfde en ik zou zeggen dat er dan geen versterking is dus 0V uit.
Ik heb de aansluitingen gecontroleerd en volgens mij klopt dat allemaal.
Heeft iemand een suggestie?

Rinie
walbeek
 
Posts: 191
Joined: Thu Jan 02, 2014 3:27 pm

PreviousNext

Return to Elektronica algemeen

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest

cron