Amplificador de tensão DC

[Decesaro]

Olá, estou com uma duvida em um projeto.

 

Preciso transformar uma entrada de tensão DC de 0 a2.5V para uma tensão de 0 a 10V.  A principio irei usar um tl081. 

 

Toda ajuda e bem vinda.

 

 

[.if]

Alimente o ampop com p.ex. +15, -15 na configuração ampop não inversor x4

 

 

Aproveitando a carona.... numa tradicional coincidência, neste exato momento estou a fazer exatamente isso. Aplicar um dc que varia de -xxmV a +yymV num shunt de corrente pra ser lido por um mc. Quero converter algo como:

50mV=4.5V

0V=2.5V

-50mV=0.5V

Já tive algum sucesso com outros valores. Fiz um deslocamento na saída na raça algo como:

[+5]---[10k]---+---[5k]----[saida do ampopX100 -0.8...+0.8V]
               |
               |
               +-----[AD do mc]

Moris & Serjão & cia... me dão ideia aí. Quero algo como um ampop que amplifica p.ex. de -50 a +50mV com offset ou deslocamento pra níveis 1V...4V pro ad de um mc. Quero que seja LM358. Posso alimentar com +8 -4 que vão vir de uma onda quadrada gerada pelo pwm do mc.

 

[aphawk]

18 minutos atrás, .if disse:

Moris & Serjão & cia... me dão ideia aí. Quero algo como um ampop que amplifica p.ex. de -50 a +50mV com offset ou deslocamento pra níveis 1V...4V pro ad de um mc. Quero que seja LM358. Posso alimentar com +8 -4 que vão vir de uma onda quadrada gerada pelo pwm do mc.

 

Só isso ?????? com LM358 ainda ?????? Certeza que não quer mais nada não ?  Só falta falar que só pode usar 1 amp op ........

[.if]

https://i.imgur.com/FmyNnco.mp4

 

1 hora atrás, aphawk disse:

com LM358

1 hora atrás, aphawk disse:

1 amp op ..

-é+

[Decesaro]

2 horas atrás, .if disse:

limente o ampop com p.ex. +15, -15 na configuração ampop não inversor x4

 

 

Desta forma estou tentando simular no proteus sem sucesso ate o momento.

 

Consegue me enviar algum esquema

[MOR_AL]

3 horas atrás, .if disse:

Moris & Serjão & cia... me dão ideia aí.

 

Tem que identificar a equação da reta que satisfaz o seu desejo. Acredito que os três pontos façam parte de apenas uma reta, né? OPA!!! São duas retas. Aí fica mais difícil...

Hoje não dá, mas provavelmente neste fim de semana eu vejo, ok?

 

@Decesaro

 

Basta fazer um operacional (não inversor) com ganho 4.

MOR_AL

[Decesaro]

 

Com amplificador genérico funciona, com o TL da essa diferença.

Entrada 2.6V nos dois circuitos

Alimentação do CI em 12V

[Renato.88]

@Decesaro Usa fonte simétrica no U3a. 

Com - 12V no pino 4.

[MOR_AL]

@Decesaro

Os operacionais possuem um limite de até que tensão a saída pode alcançar em relação às tensões de alimentação. Por isso é que a saída de U3A não está chegando a zero.

A dica do @Renato.88 resolve a situação. Pesquise no manual.

MOR_AL

@.if

Parece que os três pontos podem pertencer a uma reta. Pelo menos desenhando pode ser.

Mas vou considerar a equação dos os dois pontos extremos e ver se a reta passa pelo ponto intermediário.

OK!

Apenas uma reta passa pelos três pontos.

A equação é:

y = 40x +2,5

Próximo passo é descobrir o circuito que simula esta equação.

Nossos colegas poderão auxiliar, ou aguarde um pouco mais.

Para funcionar, v1 e v2 deverão ter impedância de saída muito menor que R3 e R2 respectivamente.... Ou aguarde, hehehehehe 

 

MOR_AL

@.if

Qual é a impedância de saída de sua fonte do sensor?

Aceitas colocar mais um ou dois operacionais?

MOR_AL

[.if]

Boa velho Moris. De fato se viste aquele Vídeo perceberás que desloquei para níveis mc (inventei isso agora) na raça a saída. Ela se comportou linearmente nos 3 pontos da reta sim. -50mV 00mV e +50mV... na simulação. Vou montar na real pra ver.

Bem... É que, como poucos amigos o sabem, não tenho uma relação muito amigável com a eletrônica analógica ainda menos a teórica. A ideota de deslocar a saída pra níveis positivos foi puramente empírica. No entanto supus que exista um meio digamos, mais acadêmico para tal. Também me fez lembrar que o neandertal 741 ou similar tem pinos denominados offset.. Seria esta a luva pra encaixar na minha aplicação? Sobre ela...

 

É pra monitorar e registrar carga e descarga de bateria e alguns etc. Aqueles +-50mV basicamente é lido de um 0.1R ou seja, a corrente de carga e descarga. Quase sinto vontade registrar em Vídeo e te mostrar via mp. É que curiosamente pretendo fazer a pci com método impressão à laser e etc bem como tem outra aplicação real onde uso lm358 (de um lote recusado que fiquei com pena de descartar)  a 70Khz com sucesso... ou seja, tudo a ver com suas postagens recentes

 

8 horas atrás, MOR_AL disse:

Aceitas colocar mais um ou dois operacionais?

+1... pra gerar 5V/2 terra virtual pra eu não ter que fazer uma fonte simétrica.... Em tempo ... o de 70Khz que te disse usei o vcc/2 apenas com resistor e deu muito certo. Usei os 2 ampop do 358 como ampop inversor: ou seja, teorizei empiricamente  ()  que a ref vcc/2 fica quetinha nas entradas + sem sofrer irritações.,, nem mesmo da entrada cujo sinal é baixíssissimo. Deu muito certo

 

8 horas atrás, MOR_AL disse:

Qual é a impedância de saída de sua fonte do sensor?

Aceitas colocar mais um ou dois operacionais?

A da entrada é o  0.1R ou seja quase zero preocupante. A saida - também não preocupante - vou aplicar numa entrada analógica de um mc mas não sem antes filtrar com 10K e 10uF... afinal ela é praticamente dc

Mas sim, posso colocar +ampops lm358 e 324 de boa

[Sérgio Lembo]

@.if

Cara Isadora, apresento uma solução bem fácil, usa 1 operacional. A saída vai variar de uns 600mmV a 3,5V que correspondem a uma leitura de +500mA a -500mA para shunt de 0,1R. É um amplificador inversor com zero deslocado.

Pode usar resistor de carbono, o valor exato do circuito será medido mas ficará com a deriva térmica da resistência que não é tão grande assim. 

R3 e R4 fazem nosso deslocamento para aproximadamente 1350mV com zero mA. Onde está escrito 0V é a nossa entrada que vai direto ao shunt, a resistência do filtro RC que pretende usar vai ferrar com o funcionamento, preciso de uma impedância de entrada muuuuuuiiiiiito mais baixa que R1. Note que estamos usando a entrada inversora. Vai ter aproximadamente 2250mV para -500mA e 455mV para +500mA. 

método para determinar os valores:

com zero mA no shunt faça a leitura do ADC.

com uma corrente conhecida no shunt (entre -500mA e +500mA) faça a leitura do ADC

Utilize a função map e terá o resultado em mA com polarização.

O método de ajuste do circuito contempla naturalmente o off-set e o bias do operacional utilizado.

Caso a sua corrente seja chaveada, vai ter que utilizar um filtro RC. Nesse caso vamos precisar de + 1 operacional como buffer e este utilizará o Vss negativo que disse ter disponível. O circuito ficará: na seguinte ordem: shunt, filtro RC, buffer, meu circuito e entrada do ADC. 

Outra alternativa para filtrar o chaveamento é colocar um capacitor em paralelo a R2. Quanto maior o capacitor mais filtra, porém torna o circuito lerdo para rápidas variações de corrente, se bem que o RC faz a mesma caca.

Abraços

Sérgio

Mais uma coisa: usei 5V na polarização por crer que usará 5V no MC. Se estiver utilizando outra tensão, me avise, o ajuste de R3 e R4 é chatinho, mais fácil eu refazer do que explicar.

Também dá para excursionar a  saída entre 100mV e 3.5V, aproveita melhor o ADC com respeito aos limites mínimos e máximos do LM358.

Caso use um capacitor polarizado para filtro em paralelo a R2 coloque o positivo na saída do operacional. O outro extremo tem aproximadamente 71mV, mais baixo que os extremos da excursão de saída.

O capacitor não pode ter fuga, vai se comportar como uma resistência em paralelo a R2 e adeus ao bom funcionamento do circuito.

[MOR_AL]

13 horas atrás, .if disse:

De fato se viste aquele Vídeo perceberás que desloquei para níveis mc (inventei isso agora) na raça a saída. Ela se comportou linearmente nos 3 pontos da reta sim. -50mV 00mV e +50mV... na simulação.

O vídeo parece mostrar uma janela (pequena) do circuito. Só aparece a parte do ganho. A do deslocamento não aparece.

13 horas atrás, .if disse:

Também me fez lembrar que o neandertal 741 ou similar tem pinos denominados offset.. Seria esta a luva pra encaixar na minha aplicação? Sobre ela...

Talvez! O detalhe é que se o ajuste do offset comporta uma variação de 2,5V na saída. Pode ser.

13 horas atrás, .if disse:

É pra monitorar e registrar carga e descarga de bateria e alguns etc. Aqueles +-50mV basicamente é lido de um 0.1R ou seja, a corrente de carga e descarga.

Aí facilita o circuito. Não precisaria de outros AOs.

 

Bom. Com estes novos dados, podemos fazer o seguinte:

R4 tende ao infinito. Sai do circuito.

R2 = R3 = R. O circuito fica então:

 

Aqui você tem diversas opções:

Op 1:

R = 10K, R1 = 1K e Rf = 68K + 10K + 1K

V2 = 63mV. 18k ao +Vcc, 18k ao -Vcc e no meio um pot com 4k7

Op2:

Morre v2, morre o R dele, e o R de v1 = 1k

Rf/R1 = 40, R1 = 1k, R2 = 39k + 1k

Ajuste a tensão cc com o offset.

Op3 : ?

Eu (eu), se precisasse de precisão, ficaria com a opção Op2 e trocaria R2 por 39k + pot 2k2.

Observar que na Op1, se alterar os valores dos resistores em V2, também altera a influência de v1 em v0.

MOR_AL

[.if]

Serjão deu bem certo...

https://i.imgur.com/qbbVVqw.mp4

De fato gostei da ideia de

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

excursionar a  saída entre 100mV e 3.5V, aproveita melhor o ADC

... Ajusta aí pra mim vai ...... Como a ideia é usar lm358 genérico, ajusta pra 0.3 ... 3V...

 

Moris seu circuito é mais minimalista, portanto de acordo com minha filosofia de vida. No entanto preciso de +vcc e -vcc pra operar a contento, certo? Bem como usar um ampop com pinos de ajuste offset, correcto? ... Mais tarde vou simular ele também..

 

Ah...

48 minutos atrás, MOR_AL disse:

Só aparece a parte do ganho. A do deslocamento não aparece.

... desloquei direto a saída meu bom...

olha lá os R de 10k

É que como disse, uso mais intuições empíricas  por isso o circuito não é nada ortodoxo

 

 

 

[Sérgio Lembo]

@.if , gostei da animação. Não leu o meu post com atenção? O método de ajuste (2 pontos de leitura para uma simples equação de reta) já contempla o off-set do operacional, as tolerâncias dos resistores e até mesmo o erro da sua fonte de 5V (faça o teste com a definitiva do circuito, nada de usar uma fonte de bancada no ajuste e um 7805 na montagem definitiva). Nesse circuito 5mV de erro já fazem um baita estrago. Seu simulador considera o uso de um operacional perfeito, sem bias e nem off-set. Sobre os efeitos das resistências, para ter um bom resultado vai precisar, além do operacional top (a Maxxim fabrica por alguns dólares), resistores de 0,01%, tem pra vender na Mouser. Para simular o off-set de míseros 3 mV repita a simulação colocando -47mV e +53mV na entrada e veja o resultado. O circuito é também dependente de uma precisa tensão na entrada de R3. Varie 2% naquele ponto e veja o estrago. Seu ADC também necessita de uma precisa tensão de referência que são os 5V da alimentação. Veja só quantas imperfeições para cuidar. Tudo isso tem para vender e não é barato, fazendo a reta de saída com 2 leituras sua precisão será a mesma do amperímetro que leu a corrente em série com o shunt (que também tem imprecisão). Tudo sem cálculos teóricos que, para funcionarem, dependem da precisão das variáveis. Deixei isso claro quando te disse que pode usar resistores de carbono (5%) sem ferrar com a precisão. 

 

Fazendo a calibração: com o operacional e o MC compartilhando o mesmo Vcc com o regulador de tensão definitivo, insira corrente sobre o shunt definitivo com uso de fonte de bancada. Que tal 409,6 mA? Facilita os cálculos binários. Leia a tensão com o ADC (1ª medida da equação de reta para +409,6mA). Coloque agora o a o GND do seu circuito na entrada do shunt e a entrada do circuito no zero volt do shunt. Leia a tensão com o ADC (2ª medida da equação de reta para -409,6mA).

 

Caso o desafio seja para uma produção seriada, o OP07 resolve a questão sem malha de off-set, vai precisar de tensão negativa para o Vss do operacional, resistores de no mínimo 1% e um excelente regulador de tensão para o Vcc do MC. 

 

Para produção seriada, tem uns operacionais SMD de até 5,5Vcc de alimentação, rail to rail, com baixíssimo off-set máximo (<< 1mV) e excelente preço. Dispensa o OP07 e a fonte negativa para o Vss. Regulador de tensão de <1% não é tão caro assim comprando a bobina.

Caso as tensões de +8V e -4V estejam dando sopa (serão produzidas de qualquer forma) dá bolar uma excursão de uns 200mV a 4800mV para exploração total do ADC, as margens de 200mV são para compensar os 5% do resistor de carbono e o off-set do LM358. Me confirme isso e refaço os cálculos dos 4 resistores, sempre utilizando a tabela E24.

[Sérgio Lembo]

@.if , te apresento o INA da Texas, coisa fina, o verdadeiro possui performance fantástica. Vamos utilizar seus conceitos para resolver seu problema. Após ler este post vai conseguir ler qualquer diferença de tensão, ou seja, se o ponto A estiver a 2V e o B a 2.4V vai conseguir capturar os 0,4V de diferença. Além disso vai conseguir amplificar ou atenuar essa diferença pelo controle de ganho. Como se tudo isso não bastasse, ainda pode somar um off-set, ou seja, se o off-set for de 2,5V sua saída será a diferença amplificada (ou atenuada) pelo ganho + o valor de off set. 

Exemplo: diferença de 50mV, ganho de 42,5 com off-set de 2500mV

O resultado será: 50mV x 42,5 = 2125mV;  2125mV + 2500 de off-set = 4625mV. 

Outro exemplo: diferença de -50mV, ganho de 42,5 com off-set de 2500mV.

O resultado será: -50mV x 42,5 = -2125mV;  -2125mV + 2500 de off-set = 375mV. 

Interessa?

 

R1 e R2 aparecem 2X para indicar que esses valores tem que ser idênticos.

O ganho é R2/R1, simples assim. 

Considera-se a tensão diferencial o valor de in+ menos in-

Vout será o produto dessa diferença vezes o ganho (R2/R1). Ao valor de Vout será acrescido o valor que entrar em Ref. Se Ref for lançado ao GND Vout será diferença vezes o ganho. Se REF for lançado a 2.5V, Vout será a diferença da entrada amplificada pelo ganho mais a Ref.

Cuidados ao implantar esse circuito: O primeiro exame são as tensões esperadas na entrada do operacional. Estude apenas a malha inferior, se funcionar para ela a outra provavelmente dispensará exame.

 

Exemplo: leitura de corrente com o shunt na parte superior da fonte.

Valor da fonte: 12V

opamp: Lm358 alimentado pelos mesmos 12V

ganho desejado: 20

Off set na saída: zero (Ref será lançado ao GND).

O Lm358 aceita na sua entrada de Vss a Vcc - 1,7V, no nosso casso 10.3V se for ocidental, genérico (xing ling) use Vcc-2V.

Para ter um ganho de 20 R2 = 20 x R1.

Isso significa que em R2 (cujo outro extremo está ligado ao GND) ficará com Vcc * (ganho-1) / ganho = 12*19/20 = 11,4V. Não passa, vai ter que reduzir o ganho para que a tensão não supere os 10,3V máximos.

 

Indo para o seu caso: a saída limites do LM358 vai de Vss + 20mV até Vcc - 1,7V, para usar o LM358 fornecendo 4,6V na saída o Vcc com 8V será necessário.

Aceito o convite para o churrasco (sem abóbora). Levo uma fraldinha para ajudar, fraldinha de boi, não de bebê.

Abraços

Sérgio.

 

Mais uma coisa: nos resistores de 1% 1k20, 1k21, 1k24 não são difíceis de se achar. Idem para 51K e 51k1. São apenas 4 resistores e 2 valores, dê preferência para 1% e ajuste os cálculos para os valores encontrados.

 

Outra coisa: a entrada para o Ref pode ser feita com o TL431 (2,495V) ou com uso de 2 resistores iguais de valor muito baixo dividindo a fonte. O recurso dos resistores fica um pouco diferente do cálculo inicial, pois a corrente que vem de R2 é acrescentada ao circuito do divisor. Para não ficar fazendo muita conta, use o simulador, veja como pequenas variações na entrada alteram o Ref, fica muito zoado. Se não quiser usar o TL431 e tiver um operacional sobrando no chip use-o entre a divisão resistiva e o Ref do circuito.

[MOR_AL]

10 horas atrás, MOR_AL disse:

Op2:

Morre v2, morre o R dele, e o R de v1 = 1k

Rf/R1 = 40, R1 = 1k, R2 = 39k + 1k

Ops!

Rf/R1 = 39, R1 = 1k, R2 = 39k

MOR_AL

[.if]

12 horas atrás, MOR_AL disse:

Op2:

Morre v2, morre o R dele, e o R de v1 = 1k

Rf/R1 = 40, R1 = 1k, R2 = 39k + 1k

Ajuste a tensão cc com o offset.

Moris percebo agora que esta descrição é quase exata a do 'meu' circuito que é muito igual ao 'seu'

O detalhe - de novo - é que fiz o offset - deslocamento pra positivo (e operante )  - na saída. Mas não achei muita graça em ter que usar +-V.  Ah e simulei da minha maneira com o 741 com ajuste nos pinos de offset mas sem sucesso.

De fato desconheço se se enquadra no meu desafio.

 

Serjão, isso daqui...

1/2 que deu certo. Testa-lo-ei iminentemente com 358 que tiver na reta mesmo - apesar de ter alguns OP07, 37 de décadas atrás.  É pra circuito único - não para produção.. ok .. alguns - , não precisa precisão, mas se fosse e precisasse o detalhe que me atentaria seria com a temperatura. E sim, faria a calibração via sw pois trimpots não vão com minha cara e seria mais um detalhe desestabilizador da coisa.  De fato uso a tática de calibrar por sw - uso de eeprom - desde tempos imemoriais... criações 100% originais de um era sem net.

[Sérgio Lembo]

Circuito melhorado, a imagem diz tudo.

 

 

Vai utilizar 75% do ADC, o LM358 será alimentado por zero e 8V.

 

Vamos falar de ruídos que serão transferido ao seu ADC:

 

1 - Ruído de corrente chaveada e outros spikes: Se estiver trabalhando com 100kps no ADC, será uma leitura a cada 10us. Pode acabar lendo o spike, o momento que a corrente está no pico ou o mosfet desligado. Um capacitor sobre a realimentação negativa (paralelo ao resistor de 68K) resolve isso.

 

2 - Viu o tópico do @MOR_AL sobre o operacional ser falso? Ali tem 2 vídeos, no último mostra um ruído triangular sobreposto ao sinal de saída, invenção chinesa. Como disse usar genérico, se isso aparecer o ADC vai pegar. O ADC usa 14 clocks para fazer a operação, sendo 3 deles para aquisição do valor. Temos então uma aquisição sendo feita em 2,14us para 100kps. Na maior parte desse tempo o capacitor de hold estará viajando para o valor, o valor adquirido será o instantâneo do final da aquisição. Não tem realimentação que resolva a imperfeição do opamp. Um filtro RC feito para a frequência do ruído resolve isso sem atrasar a resposta. Exemplo: se detectado na saida do LM358 um ruído de 50kHz, um filtro RC de 5kHz (1/(R x C) = 5k), simples assim.

[.if]

Sim, tenho ciência dos ruídos e os mantenho na linha de várias maneiras:

-filtro rc na entradinha do mc

-filtro no sw com algumas leituras e tirada a média

-otimização do layout pcb sem correntes parasitas em locais sensíveis o que leva a...

-uso consciente/coerente do pino exclusivo gnd analógico de alguns mc

Claro isso pra sinal dc simples.

 

[off topic]

Sobre isso

8 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

aquisição sendo feita em 2,14us para 100kps.

Tenho uma outra aplicação onde pretendo fazer um osciloscópio com mc. A ideia é torna a conversão ad a mais rápida possível algo como deixar o mc a converter exclusivamente por um tempo e depois mostrar na telinha. Sei que alguns mc st possui até mesmo DMA que nunca mexi mas teorizo que seria algo como hw conversando com hw ou hw trocando ideia direto com a ram sem passar pela cpu. Isso teorizo que dá uma baita velocidade máxima no sistema, correcto? Neste caso o filtro deve ser um pouco + complexo.

Mas isso é atópico.. se achar que deve faça um comentário rápido. Vou aguardar um tópico similar pra pegar outra carona.. ...

Em breve sou testar isso daí...

[.if]

Oi de novo. Me toquei que a corrente a ser medida é no máximo 100mA. Testei na prática com os valores que achei + fácil do meu lado.

https://i.imgur.com/3P1IIGB.mp4

Deu muito certo... Testei com 3 lm358 e apresentaram variações aceitáveis na saída de um pra outro. Testei também com o ferro de soldar fervendo e com spray limpa contato congelando ele. A variação foi pequena e muito aceitável pro projeto proposto. E alimentei apenas com 5V e gnd.

 

Este é +1 tcc... trabalho de conclusão de carreira . A vontade fazer uma pci vai e volta.. mais vai do que volta.. Agradeço Serjão e Moris com um baita clique no 'obrigado'... nada de pix