Analog-Digital-Wandler und negative Spannungen

Ich verwende den ADC auf einem ATtiny24, um ein AC-Signal aufzuzeichnen. Der ADC hat einen Bereich von 0-3,3 V. Ich verwende einen Präzisionsgleichrichter, um den negativen Teil des Signals loszuwerden. Ich habe ein Bild der Schaltung beigefügt, die ich für den Gleichrichter verwende. Ich verwende einen LMC6484 als Operationsverstärker mit 3,3 V an der V+-Schiene und 0 an der V-Schiene. Ich verwende 1N4004 als Dioden und 10k für die Widerstände.

Mein Logger kann die Wellenform des Gleichrichters sehr gut darstellen. ABER das Oskop zeigt, dass der Ausgang des Gleichrichters von -0,5 bis 1 V variiert. Aber mein Mikro zeigt ein Signal mit der gleichen Wellenform, das von 0-1,5 V geht! Wenn ich den Präzisionsgleichrichter durch eine einfache Kombination aus Diode und Widerstand ersetze, erhalte ich eine Wellenform, die von -0,X Volt bis Y Volt variiert (je nach Eingang durch den Funktionsgenerator). Das Mikro folgt der Form der Wellenform korrekt, aber der Spannungsbereich reicht von 0,X bis Y Volt.

Ich habe selbst mit dem Präzisionsgleichrichter immer ein kleines negatives Signal, und wenn ich die Ergebnisse durch meinen Logger grafisch bilde, scheint es, dass der größte negative Wert auf Null verschoben wurde, sodass ich einen größeren Bereich als den Eingang zu erhalten scheine .

Ist dies das Ergebnis des Einspeisens negativer Spannungen in meinen ADC? Nimmt es die negativen Spannungen und stellt diese in Bezug auf andere Spannungen als „Masse“ ein?

Ich habe positive Spannungen über ein Netzteil in den Logger eingegeben, und er liest diese Spannungen perfekt! Es folgt auch sehr gut der Form der Wellenformen. Das einzige Problem scheint die Reichweite zu sein. Ich bin völlig verloren.

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Die kleine negative Spannung stammt wahrscheinlich von einem Diodenabfall. Nein, der A / D wird keine negativen Werte konvertieren und dann irgendwie den negativsten Wert zur Nullreferenz machen, obwohl eine externe Schaltung dies tun könnte. Zeigen Sie einen Schaltplan Ihrer Schaltung.
Das ist die Schaltung, die ich verwende. Es scheint egal zu sein, WELCHE Schaltung ich verwende: Eine einfache Dioden- und Widerstandsschaltung führt zu demselben Problem. Die Form der Wellenform ist sehr gut, aber der Ausgang der Gleichrichterschaltung scheint irgendwie nach oben verschoben zu sein. Ich wünschte, ich könnte Bilder anhängen, ich habe eines von einem Mikroskop und eine Grafik aus dem resultierenden Protokoll. :(
Kann es sein, dass die Einstellungen an Ihrem Oszilloskop falsch sind?
Erstellen Sie einen echten Schaltplan, der die tatsächlichen Komponentenwerte zeigt. Und ein Foto deiner Schaltung.
Wie ist Ihre Oszilloskopmasse mit der Schaltung verbunden?
Mein Zielfernrohr, die Batterie für das Mikro und der Funktionsgenerator sind alle zusammen geerdet.
Ist das Signal AC-gekoppelt? Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ändert sich, wenn er in den und aus dem Gleichtakt geht.
@markrages: Ehrlich gesagt bin ich mir nicht ganz sicher. Ich habe dieses Problem die ganze Nacht debuggt und kann mich nicht erinnern. Ich habe alle Erdungen richtig angeschlossen, die DC-Anzeige für das Mikro funktioniert. Ich dachte anfangs, es sei ein Erdungsproblem, aber das erwies sich als falsch. Dann dachte ich, ich mache etwas falsch mit dem Gleichrichter und ersetzte ihn durch eine Diode / einen Widerstand. Wenn ich eine 2VPP-Sinuswelle durch einen Funktionsgenerator eingebe, ist das resultierende Diagramm der Daten eine Welle von 0-2V. Die Form der Welle sieht korrekt aus, aber die Spitzenspannungen scheinen verzerrt zu sein.

Antworten (3)

Ihr Oszilloskop ist auf AC-Kopplung eingestellt.

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+1 Sicher. Das muss es sein. Sieht so aus, als hätte ich die Frage nicht gelesen :). // @Nevermored, wenn der V- Versorgungspin Ihres Operationsverstärkers die gleiche Spannung hat wie sein nicht invertierender Eingang, brauchen Sie die Dioden nicht. Lassen Sie den Operationsverstärker einfach den Ausgang beschneiden. Auch ohne Dioden ist der Operationsverstärker nicht in der Lage, negative Spannungen zu erzeugen. Es wird Ihnen also immer noch den positiven Teil des Signals geben. Es gibt eine Geschwindigkeitsstrafe, aber bei 50 Hz merkt man überhaupt nichts.

Letzte Daten für AC-Signal:

  • [0 bis 50] Hz.
  • [-22 bis +22] V.

Wenn das AC-Signal auf 0 Hz heruntergehen kann und Sie es erfassen müssen, aber keinen besonderen Grund haben, es auf analoge Weise zu korrigieren, können Sie Folgendes tun:

Schema

Auf diese Weise benötigen Sie keine Dioden oder Operationsverstärker. Wenn Sie es wirklich korrigieren müssen, können Sie es im digitalen Bereich (per Firmware) tun.

Die gleichung v X = F ( v ich N , R 1 , R 2 , R 3 ) Ist:

v X = R 3 ( 3.3 R 1 + R 2 v ich N ) R 2 R 3 + R 1 ( R 2 + R 3 )

Bekannte Daten: v ich N M ich N = − 22 v , v ich N M A X = 22 v , v X M ich N = 0 v Und v X M A X = 3.3 v .
Gleichungen: zwei.
Unbekannt: R 1 , R 2 Und R 3 .

Sie können einen der drei Unbekannten frei wählen, und die anderen beiden werden durch Ihre bekannten Daten und die beiden Gleichungen festgelegt.

Also zum Beispiel, wenn Sie sich frei entscheiden R 1 , können Sie am Ende mit:

R1= 3,3 k Ω
R2 = 495 Ω
R3 = 582 Ω

Damit wird ein Vin-Bereich von [-22 bis +22 V] auf einen Vx-Bereich von [0 bis +3,3 V] abgebildet.

Ich brauche eigentlich nicht das ganze Signal. Ich muss nur sehen, welche Art von Spannungen das Signal erzeugt. Ich weiß nicht, was meine niedrigste Frequenz ist, da sie variabel ist. Es geht irgendwo von 0-50Hz. Warum schlagen Sie vor, dass ich das Signal nicht korrigiere?
Nun, wenn es auf 0 Hz heruntergehen kann, können Sie keine Kappe verwenden. Ich korrigiere die Schaltung.
Außerdem kenne ich die maximalen und minimalen Spannungen des Wechselstromsignals nicht. Es ist ein variables, wahrscheinlich asymmetrisches Signal.
Anscheinend habe ich meine Antwort geschrieben, als Sie Ihre bearbeitet haben, und unsere Schaltpläne waren die gleichen. Ich habe meine Antwort gelöscht.
@stevenvh Entschuldigung.
@Telaclavo - No pasa nada :-)
@Nevermored Sie sollten die Reichweite für das Wechselstromsignal herausfinden, um eine bessere Antwort zu erhalten. Wenn der Bereich größer als [-3,3 bis +3,3 V] ist, benötigen Sie einen dritten Widerstand (darf 3,3 V bei Vx nicht überschreiten).
@stevenvh Sehr gut :). Wow, ich sollte sofort Niederländisch lernen.
Nicht! Ich höre, es ist furchtbar schwierig. (Obwohl es mir aus irgendeinem Grund leicht vorkommt ;-))
@Nevermored Warte. Wenn Vin auf 22 V ansteigen kann, benötigen Sie den dritten Widerstand. Ich werde es hinzufügen. Bitte lassen Sie mich auch wissen, was die Mindestspannung ist, die Vin aufnehmen kann.
Können Sie erklären, wie Sie die Widerstandswerte gefunden haben? Sie scheinen nicht automatisch aus der Gleichung herauszukommen.
@stevenvh Das ist nur Mathematik. Auf dieser Seite geht es um Elektronik. Ich nehme an, er weiß, wie man ein Gleichungssystem löst. Und wenn nicht, hat er sowieso nicht danach gefragt. Er wollte wissen, wie er tun kann, was er will.
@Nevermored Ich habe Ihnen vorgeschlagen, das Signal im analogen Bereich nicht zu korrigieren (Sie können es immer noch im digitalen Bereich tun), weil Sie nicht gesagt haben, warum Sie das brauchen, und das lässt mich denken, dass Sie es tatsächlich nicht brauchen. Die Gleichrichtung erfordert Operationsverstärker und Dioden sowie Bypass-Kappen für den Operationsverstärker und mehr Verkabelung.
Ah. Ok das macht Sinn. Glauben Sie mir, der EINZIGE Grund, warum ich gegen die Idee bin, ist, dass die Schaltung bereits gebaut und in den Rest des Systems integriert ist. Vor 12 Stunden wäre ich darauf gesprungen. Das Entfernen wird ein erheblicher Schmerz sein. Ich versuche nicht, ein Idiot zu sein.
Aus seinem ersten Kommentar habe ich die Idee, dass er mit dem Spitzenwert umgehen kann, also kann er auch einen Software-Spitzenwertdetektor schreiben. Ich stimme zu, dies in Software zu tun, wenn Sie auf diese Weise Komponenten sparen können.
Ich muss Spannungen anderen Signalen im System zuordnen. Mich interessiert also nicht nur der Spitzenwert meines Signals.
@Nevermored - Aber Sie sagten, Sie brauchen nicht das gesamte Signal. Was braucht man denn? Ein paar Samples, Subsampling? Ein Durchschnittswert, RMS? Welche Spannungen möchten Sie abbilden?
Ich wollte nur Danke dafür sagen! Am Ende habe ich das benutzt und es hat meine Schaltung definitiv viel einfacher gemacht.

Sie können mit nur drei Widerständen übersetzen und skalieren. Für eine Situation, in der maximale Eingabe > v + und minimaler Input < v − Ich habe einen kinderleichten Weg gefunden, die Skalierungswiderstände zu berechnen.

Verwenden Sie einen Klimmzug, um + 3.3 v und und ein Pulldown zu G N D . Dann haben wir

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(die +5 V sollten als +3,3 V gelesen werden)
Wir betrachten zwei Situationen: eine mit v ICH N = − 22 v und eins mit v ICH N = + 22 v . Wir haben einen Satz von zwei Gleichungen, also können wir 1 Widerstandswert wählen. Lass uns nehmen 10 k für R 2 .

Erste. v ICH N = − 22 v . Der ADC sollte dann an sein 0 v . Das bedeutet, dass kein Strom durchfließen wird R 3 , da es keine Spannungsdifferenz gibt. Dann R 2 Und R 1 bilden einen Spannungsteiler mit

0 v − ( − 22 v ) R 2 = 3.3 v − 0 v R 1

oder

R 1 = 3.3 v 22 v ⋅ 10 k Ω = 1500 Ω

Unseren ersten Wert gefunden.

Dann die zweite Situation. v ICH N = + 22 v . Der ADC sollte dann an sein + 3.3 v . Das heißt, es fließt kein Strom durch R 1 , da es keine Spannungsdifferenz gibt. Dann R 2 Und R 3 bilden einen Spannungsteiler mit

22 v − 3.3 v R 2 = 3.3 v − 0 v R 3

oder

R 3 = 3.3 v 18.7 v ⋅ 10 k Ω = 1765 Ω

Wir haben unseren zweiten Wert gefunden. So

R 1 = 1500 Ω ,
R 2 = 10k Ω ,
R 3 = 1765 Ω .

Schönes schematisches Bild ;-)
@Olin - Ja, ich habe diesen Künstler, der sie für mich macht :-).
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