Schnittstelle zwischen Dual-Supply-Op-Amp und Mikrocontroller

Ich habe eine Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern (LM833), um ein Signal mit einer +-10-V-Doppelversorgungsschiene von einer 22-V-Versorgung mit einem Widerstandsspannungsteiler zu verstärken. Der Ausgang wird in einen 0-8-V-Ausgang gleichgerichtet, für den ich einfach einen Logikausgang über einem bestimmten Schwellenwert (ca. 3 V) benötige.

Das Problem ist, dass der Arduino Micro über einen Schaltregler von derselben 22-V-Versorgung gespeist wird. Die Massereferenzen des Operationsverstärkerausgangs und des Arduino liegen also auf unterschiedlichen Potentialen, daher kann ich keinen einfachen MOSFET als Schnittstelle zwischen den beiden Schaltungen verwenden. Gibt es eine andere Möglichkeit, die Stromkreise sicher zu verbinden, ohne ein Relais zu verwenden, das für die Schaltanwendung zu groß und möglicherweise zu langsam wäre?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies ist ein vereinfachtes Schema, das mein Hauptproblem zeigt, da sich die Arduino-Masse auf den -10-V-Punkt des Operationsverstärkers bezieht.

Zeichne einen vereinfachten Schaltplan deiner Schaltung. Massebezug ist dort, wo SIE sich für Masse entscheiden (vorausgesetzt, Sie haben eine Isolierung vom Stromnetz). Sehen Sie sich nun Ihr Signal in den Arduino an, indem Sie die Arduino-Massereferenz verwenden. Ihr Signal in Arduino liegt also wirklich zwischen 10 V und 18 V. Jetzt müssen Sie nur noch die lästigen 10 Volt loswerden. Zener und Spannungsteiler ?
Bearbeiten Sie Ihre Frage und Sie können ein schematisches Zeichenwerkzeug aufrufen, indem Sie Strg + M drücken.
Gibt es einen Grund, warum Sie den Mittelpunkt Ihres Versorgungssplitters tatsächlich erden, anstatt eine "virtuelle Masse" -Konfiguration mit einer einzigen Versorgung zu verwenden?
Danke, ich werde versuchen, mit einem Zener die Spannung zu senken und zu sehen, wie es geht. Ich verwende eine Doppelschiene, da laut Datenblatt des LM833 eine negative Mindestspannung von -5 V erforderlich ist
@enrico - Ich meine, warum verwendest du nicht eine richtige Operationsverstärkerschaltung mit einer einzigen Versorgung mit einer schwebenden "virtuellen Masse" und einer kapazitiven Kopplung?
Beachten Sie auch, dass Sie in der von Ihnen verwendeten Schaltung die analoge Masse (GND) nicht mit der Masse des Arduino verbinden würden. Ihre -10 V werden zur Masse der Arduino-Schaltung. (Ziemlich sicher, dass Sie das bereits wussten. Aber damit andere es sehen können)
@ThreePhaseEel Ich bin mir nicht sicher, was du meinst, erzeugt der Spannungsteiler nicht bereits eine "virtuelle Masse" in meiner Schaltung? Außerdem habe ich die Koppelkondensatoren zum Schaltplan hinzugefügt.
Wenn ich Ihre Frage gut verstehe, benötigen Sie je nach analogem Eingangswert nur einen logischen 0- oder 1-Wert. Vielleicht können Sie einen Optokoppler zwischen Ihrer analogen Schaltung und dem Mikro verwenden ...

Antworten (4)

Da die MCU wirklich auf die negative Schiene bezogen ist, hat der Ausgang des Operationsverstärkers eine DC-Vorspannung (gegenüber der Masse der MCU).

Behandeln Sie also einfach alle Messungen als solche und alles wird gut.

Anstelle Ihres behelfsmäßigen Spannungsteilers, der unter Problemen leidet, wenn Sie Strom in die Erde einspeisen, verwenden Sie einen echten Schienensplitter wie den TLE2426 . Sie kosten weniger als 2 USD in DIP-Paketen. Verwenden Sie dann diese Masse für alle Ihre Schaltkreise.

Sie könnten den Schaltregler des Arduino so einrichten, dass er dieselbe virtuelle Masse verwendet, die Sie für den Operationsverstärker verwenden. Auf diese Weise ist die Massereferenz sowohl für den Verstärker als auch für die Arduino-Schaltung gleich, und Sie könnten mit einem kleineren Regler davonkommen, da Sie nur 11 V bis 5 V und nicht 22 V regeln.

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Dadurch wird der Spannungsteiler vollständig zerstört. Wie viel Strom wird der Regler Ihrer Meinung nach durch den Spannungsteiler ziehen können?
@JRE Meinst du mit "Munge" "Brei, bis es nicht mehr gut ist"? Den Begriff habe ich noch nie gehört, sondern einfach mal gegoogelt. Brauchen Arduinos nicht nur etwa 100 mA? Klingt ziemlich vernünftig mit Entkopplungskappen.
Stellen Sie sich vor, der Regler ist ein Widerstand. 100 mA bei 10 V wären 100 Ohm. Damit das Ihren Spannungsteiler NICHT stört, müssen die Widerstände des Spannungsteilers deutlich kleiner sein. Wie 10 Ohm oder weniger. Sehen Sie Probleme mit einem Spannungsteiler aus zwei 10-Ohm-Widerständen? Denken Sie daran, dass der Regler parallel zu einem dieser Widerstände liegt.
Überlegen Sie auch, was die pulsierende Stromaufnahme eines Schaltreglers mit der Spannung an der Verbindungsstelle von R1 und R2 macht. Der arme Operationsverstärker wird so ziemlich nur die Impulse vom Regler verstärken.

Fügen Sie einfach eine 10-V-Zenerdiode und einen richtig bewerteten Widerstand RX in Reihe zwischen D1 und C1 hinzu, damit der maximale Ausgang Ihres OpAmp mit dem linearen Bereichseingang von Arduino Max übereinstimmt. Berechnen Sie RX und R8 so, dass das Minimum Ihres OpAmp mit dem minimalen linearen Eingang des Arduino übereinstimmt, und Sie sind im Spiel. R3 und R6 könnten auch für eine weitere Übereinstimmung optimiert werden. Die kurze Antwort ist Zener und Widerstand mit geringem Stromverbrauch.

Geben Sie weitere Parameter wie die Eingangsimpedanz Ihrer Arduino-Schaltung an, und wir können den Zener und den Widerstand sicherlich entsprechend berechnen. Ich hoffe das hilft.

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