Warum erhalte ich konstante DC 2,5 V, wenn der Pegel um +/- 5 V auf 0-3,3 V (Operationsverstärker LM741) verschoben wird?

Ich verwende RPi 3b+ mit ADC (MCP3208), um das AC-Signal (+/- 5 V) zu überwachen. Da der ADC keine negativen Signale lesen kann, habe ich versucht, ihn mit einem Operationsverstärker (LM741) zu pegeln.

Ich habe versucht, diese Verbindung herzustellen (die Versorgungsspannung wurde auf +-15 V geändert):

Nichtinvertierende Pegelverschiebung des Operationsverstärkers

Ich habe eine einfache Spannungsteilerschaltung erstellt, indem ich 2 1k-Widerstände von 3,3 V meines Pi verwendet und sie als V Ref für meinen Operationsverstärker angeschlossen habe.

Ich verwende diese Einstellung von myDAQ:

NI myDAQ fgen-Einstellungen

Und was ich bekommen habe, ist ein konstanter DC 0f 2,527 V:

Matplotlib-Abbildung

Irgendeine Idee, was schief gelaufen ist?

BEARBEITEN:

Ich habe die Versorgung von 3,3 V auf +-15 V geändert, wie einige von Ihnen erwähnt haben, und der VREF-Pin meines ADC wurde jetzt ebenfalls auf 1,65 V eingestellt, genau wie der VREF für meinen Operationsverstärker. Das Ergebnis ist:

Neues Ergebnis

Ist es richtig anzunehmen, dass LM741 schlecht für die Pegelverschiebung ist, weil ich immer noch keine 0-3,3 V bekomme?

Was stellen die blauen und goldenen Spuren in Ihrem ersten Diagramm dar?
Es erklärt es nicht vollständig, aber Ihr Ausgangsfilter fällt bei etwa 16 Hz ab und wird bei 50 Hz um fast 10 dB abgesenkt. Das würde jedoch bedeuten, dass Sie ungefähr 1 VP-P erhalten, das um 1,65 V zentriert ist. Versuchen Sie, 3 Sonden an den Signalen des Operationsverstärkers ein- und auszuschalten, das könnte es weiter verdeutlichen.
Hazman Hussin – Ihre Frage scheint zu beschreiben, dass Sie einen 741-Operationsverstärker (U1A im Schaltplan) mit 3,3 V versorgen. Ist es das, was du tust?
@SamGibson ja, in der Tat. Ich habe UIA mit 3,3 V von RPi verbunden. Ist das falsch?
Ein 741 funktioniert nicht ohne eine viel höhere Spannungsversorgung. Sie sind auf ±15 V spezifiziert, und ich habe sie selten bis auf ±5 V spezifiziert gesehen. 0-3,3 V werden es einfach nicht schneiden.
@ThePhoton das Blau stellt den Messwert vom Ausgang des Operationsverstärkers dar, das Gold ist nur Masse
Warum sollten Sie die ADC-Referenz auf ~ 1,6 V reduzieren? Es sollten 3,3 V sein. Denken Sie auch daran, dass der 1K+1K-Teiler eine Quellenimpedanz von 500 Ohm hat, also sollten Sie R4 auf 32,5K reduzieren. Auch Ihr ADC kann den 100K-Ausgang je nach Taktfrequenz erheblich belasten (siehe Datenblatt).

Antworten (3)

Das Datenblatt für den LM741 zeigt, dass die Stromanschlüsse von Ihrer Schaltung abweichen.

Hier ist die Pinbelegung für den LM741:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Pin 8 ist "NC", was für "nicht verbunden" steht. Pin 7 ist das richtige V+.

Abgesehen davon können Sie eine 741 nicht mit 3,3 V betreiben.

Seine Ein- und Ausgänge müssen alle ein paar Volt von den Stromschienen entfernt bleiben. Das ist mehr als Ihre Versorgungsspannung, Sie können also nicht erwarten, dass der 741 irgendetwas Nützliches tut.

Ich glaube nicht, dass der '741 mit einer Versorgung von 3,3 V und GND funktioniert. Fast seine Parameter sind bei V+=+15V und V-=-15V spezifiziert.

Ändern Sie die Versorgungsspannungen an Ihrem '741-Modell oder verwenden Sie einen anderen Operationsverstärker.

Ich habe die Versorgung von GND - 3,3 V auf + -15 V geändert (entschuldigen Sie, dass ich das Datenblatt nicht richtig gelesen habe), aber es gibt mir immer noch den gleichen Ausgang.

Ich verstehe nicht, warum Sie den Fehler aus den bereitgestellten Informationen erhalten.

Wenn Sie die Versorgungsspannung ignorieren, wird Ihr Problem wie folgt in eine Design-Spezifikation übersetzt.

Eingang -5 bis +5 V, Ausgang 0 bis 3,3 V

DC-Übertragungsfunktion

V GAIN = 3,3/10 ... OFFSET = 3,3/2 V = 1,65 Nicht invertierend.

Kannst du das jetzt lösen?

Ihr Hauptproblem ist Vcc, Vee auf Ihrem Operationsverstärker war falsch. (Fest)

Verwenden Sie in Zukunft entweder einen Rail-Rail-CMOS-Operationsverstärker oder erhöhen Sie Vcc, Vee, um einen ausreichenden Spannungsbereich zu haben, da BJT-Operationsverstärker typ. +-2 V zusätzlich benötigen. Sättigung am Ein- und Ausgang zu verhindern.

Verstärkung = R2/(R1+R2) * (1 + R4/R3)
Offset = Vref*R1/(R1+R2) * (1 + R4/R3)

Simulationsproblem an Ihrem Ende. OK für mich,

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Verwenden Sie stattdessen meine bevorzugte SIM (für echte analoge Teile fügen Sie ESR, pF, ESL usw. hinzu)

Ich bin mir nicht sicher, ob ich diese Antwort verstehe. Schlagen Sie vor, dass ich die Pegelverschiebung mit einem anderen Operationsverstärker mit der von Ihnen geschriebenen Designspezifikation versuche? (Die Designspezifikation ähnelt dem, was ich in der Frage versucht habe, daher die Verwirrung.)
Ja. Meine Spezifikationen sollten mit Ihren übereinstimmen. Sie müssen jedoch V +, V- berücksichtigen oder einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker verwenden. Stimmen Sie meinen Spezifikationen zu? Ihre Lösung tut nicht das, was Sie tun müssen. Überarbeiten Sie Ihre Frage mit Annahmen zum Angebot. und Spezifikationen, wie ich es getan habe
Warum sagen Sie, dass ein CMOS-Operationsverstärker notwendig ist? Ich sehe nichts, was es besonders erfordert, dass es CMOS ist.
@Hearth Wenn Sie +/- 15 V (Overkill) haben, dann nicht
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Als ich +/- 15 V daran anlegte, gelang es mir, etwas anderes als eine gerade Linie zu erhalten (im ursprünglichen Beitrag bearbeitet), aber ich gehe davon aus, dass LM741 für dieses Problem nicht gut genug ist. Ich werde einen besseren Operationsverstärker ausprobieren.
Der '741 sollte für das, was Sie tun möchten, in Ordnung sein, nachdem Sie die Versorgungsniveaus richtig eingestellt haben. Alles andere (Ausgangsspannungshub, Offset usw.) wird durch Komponenten außerhalb des Operationsverstärkers bestimmt - Widerstände und die Vref am positiven Eingang des Operationsverstärkers.
Selbst wenn Sie dies nicht tun, können Sie einen LM324 verwenden, der vollständig bipolar ist. Immer noch nicht die beste Wahl (kann bis zur negativen Schiene gehen, aber nicht zur positiven, zusammen mit mittelmäßiger Leistung in den meisten anderen Eigenschaften im Vergleich zu modernen Operationsverstärkern), aber die Bedingungen erfordern keinen FET-basierten Verstärker.
Warum erhalte ich konstante DC 2,5 V, wenn der Pegel um +/- 5 V auf 0-3,3 V (Operationsverstärker LM741) verschoben wird?
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