Referenz-ON/OFF-Spannung vom Mikrocontroller Raspberry Pi

Ich suche nach dem einfachsten Weg, um die Referenzspannung ON = 1,0 V und OFF = 0,0 V vom Raspberry Pi zu erzeugen. Ich habe gelernt, dass GPIO-Ausgänge nicht sehr präzise sind, und laut Exploring the 3.3V Power Rail ist die 5-V-Stromschiene auch nicht sehr stabil. Das Dokument deutet jedoch darauf hin, dass die 3,3-V-Stromschiene ziemlich stabil ist, also habe ich diese einfache Schaltung konstruiert:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Natürlich würde ich am Ende einen Spannungsteiler setzen, um die erforderlichen 1 V zu erhalten.

Die erforderlichen Bedingungen sind

  • höchstens 1 % Spannungsdrift,
  • Ausgangsstrom kann klein sein (um einem anderen Operationsverstärker zugeführt zu werden).

Macht diese Schaltung Sinn? Ist die 3,3-V-Stromschiene für diesen Zweck stabil genug? Können Sie eine andere, nicht zu komplizierte Schaltung vorschlagen, die noch besser wäre?

Wie viel Strom benötigen Sie, um bei 1,0 V liefern zu können? Und wie genau soll es sein? +/- 100 mV benötigen eine ganz andere Lösung als +/- 1 uV.
@ThePhoton Die Spannung geht direkt zu einem anderen Operationsverstärker, daher wird vermutlich kein großer Strom benötigt. Die Genauigkeit sollte etwa 1% betragen, dh die obige Schaltung sollte im eingeschalteten Zustand 3,3 V + - 33 mV liefern.
1. Bitte bearbeiten Sie Ihre Frage so, dass sie Ihre Anforderungen enthält. 2. Die obige Schaltung erzeugt keine 3,3 V +/- 10 mV, da der LM358D keine Ausgabe an die obere Schiene liefert.
@ThePhoton 3,2 V +- 32 mV ist auch in Ordnung; Ich mache mir Sorgen um die Spannungsdrift, nicht um den absoluten Wert.
LM358 mit 3,3-V-Versorgung erzeugt keine Ausgabe von mehr als etwa 1,8 V.
@ThePhoton Ups, das ist eine Überraschung für mich! Wie kann ich die Spitzenleistung des LM358 je nach Versorgung ermitteln?
Lesen Sie die Zeile auf dem Datenblatt für die maximale Ausgangsspannung.
@ThePhoton Ich suche das Datenblatt, kann diese Informationen aber finden. Vielleicht schaue ich nicht das richtige Datenblatt? ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
Seite 10, Abbildung 10.
Oder in dieser Version , Seite 5, die Zeile „High level output voltage“. Ich bin mir nicht sicher, warum TI zwei verschiedene Versionen des Datenblatts auf ihrer Website zugänglich hat.
Ihr Datenblatt ist für LM358-N, das, das ich gefunden habe, ist für LM358 und deckt auch LM358D ab.
Ich denke, der LMx58-N ist wahrscheinlich die ältere National Semi-Version des Designs und die "no-N"-Version ist die TI-Version ... aber ich kann mir dessen nicht ganz sicher sein.
@ThePhoton In jedem Fall ist es viel kleiner als die Versorgungsspannung. Ist das charakteristisch für alle Operationsverstärker?
Ja schon. Es gibt einige Operationsverstärker, die mit "Rail-to-Rail-Ausgang" werben, aber selbst diese benötigen einige 10 mV zwischen der Stromversorgung und der maximalen Ausgangsspannung, und der Abfall nimmt mit dem Laststrom zu.
@ThePhoton Was ist mit der umgekehrten Situation? Gibt der Operationsverstärker die wahre Masse zurück, wenn V- größer als V + ist?

Antworten (2)

Du könntest so etwas machen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der ADR510 hat eine Ausgangsspannung von 1,0 V +/- 0,35 % bei Raumtemperatur.

Der linke Stromkreis liefert bis zu etwa 0,9 mA mit einem Quellenwiderstand < 0,3 Ω Wenn es eingeschaltet ist, aber wenn es ausgeschaltet ist, ist es nur ungefähr Null (abhängig von der niedrigen GPIO-Ausgangsspannung) und hat einen Quellenwiderstand von 2,2 K. Wenn also Strom hinein- oder herausfließt, kann die Spannung weit sein von Null.

Die rechte Schaltung klemmt den Ausgang aktiv auf Masse, wenn GPIO niedrig ist. Die Quelle von M1 sollte mit analoger Masse in der Nähe von U2 verbunden werden. Wählen Sie die MOSFETs so, dass sie ab 3,3 V Vgs zuverlässig arbeiten und dass M1 bei angelegten 3,3 V einen ausreichend niedrigen Rds (on) hat, um Ihre Anforderungen zu erfüllen. Es ist nicht schwer, es besser zu machen als die 0,3 Ohm.

Mit dualem PN-MOSFET-Array:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Ich verstehe nicht, was passiert, wenn die GPIO-Spannung weniger als 1 V beträgt. Könnte der Spannungsshunt dann als sehr hoher Widerstand angesehen werden?
Ja, wenn der GPIO nahe bei 0 V liegt, verschwindet der ADR510 effektiv aus der Schaltung. Diese Eigenschaft ist im Datenblatt nicht gut dokumentiert.
In diesem Fall könnte ich die linke Schaltung mit ADR520 modifizieren, einen Spannungsteiler mit zwei 1k-Widerständen herstellen und die Ausgangsspannung in einer GPIO-Low-Situation wäre nur ein Viertel der GPIO-Low-Spannung.
Halb, nicht viertel. Sie hätten nominell 1,024 und nicht 1,000, und die Toleranz und Drift der beiden Widerstände würde ins Spiel kommen.
Eine Frage: Könnte es nicht möglich sein, zwei N-Kanal-MOSFETs M1 und M2 durch einen P-Kanal-MOSFET zu ersetzen? Wenn ich die Schaltung richtig verstehe, dient M1 nur dazu, die Logik umzukehren.
Nein, das könnte den Widerstand kurzschließen, nicht die Shunt-Referenz. Wenn Sie es über die Referenz legen, müssten Sie es mit einer Gate-Spannung von einigen Volt unter Masse ansteuern, was unpraktisch wäre.
Sie könnten Low = On haben und einen Widerstand und einen komplementären Dual-MOSFET verwenden, sodass der GPIO nicht mehr den Strom liefern muss, was ziemlich elegant wäre.
Das brachte mich auf eine andere Idee. Man könnte einen CMOS-Inverter (auch als Einzelkomponente erhältlich) verwenden und den Ausgang an den Spannungs-Shunt senden. Oder vielleicht Nicht-Inverter machen (n-Kanal aufwärts und p-Kanal abwärts)?

Um einen Ausgang mit 1,0 V +/- 1 % zu erhalten, sollten Sie mit einer präzisen Spannungsreferenz beginnen, anstatt sich auf einen gewöhnlichen Regler zu verlassen. Selbst wenn die 3,3-V-Schiene "ziemlich stabil" ist, bedeutet das wahrscheinlich 5% oder vielleicht 3% Genauigkeit, nicht 1%.

Beginnen Sie also mit einer Spannungsreferenz mit einer Genauigkeit von besser als 1 %.

Wenn es einen Aktivierungsstift hat, können Sie ihn einfach zum Ein- und Ausschalten verwenden. Oder wenn es sich um eine Shunt-Referenz handelt, können Sie die Stromversorgung unterbrechen, um den Ausgang auf 0 V zu senken.

Wenn Sie keine 1,00-V-Referenz mit festem Ausgang finden können (ich kenne keine, aus dem Kopf heraus), müssen Sie entweder eine einstellbare Referenz verwenden. In diesem Fall hängt die Genauigkeit von den Widerständen ab, die Sie verwenden verwenden, um die Ausgangsspannung zu trimmen; oder den Ausgang einer Referenz mit höherer Spannung teilen und puffern, was wiederum Fehlerbeiträge von Widerständen einführt. Glücklicherweise sind 0,1%-Widerstände nicht besonders teuer.

Referenz-ON/OFF-Spannung vom Mikrocontroller Raspberry Pi
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