Comment mesurer une tension négative avec un CAN?

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Je travaille avec un microcontrôleur PIC avec convertisseur analogique-numérique intégré 10 bits et je souhaite mesurer une tension comprise entre -1 et -3 volts.
Je pensais utiliser un ampli-op en mode inverseur pour rendre la tension positive, puis l’alimenter dans le microcontrôleur. Cependant, dans ce cas, j’aurais à alimenter l’opamp avec une alimentation négative, non?. Je ne veux pas utiliser une alimentation négative pour le moment et je me demandais s'il était possible de réaliser cette configuration? Pouvez-vous aider?

Kevin Boyd
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le -1 à -3 V que je mesure est la sortie d'un LM337 que je souhaite surveiller.
Kevin Boyd
Je n'ai pas assez de détails pour donner une réponse complète, mais si votre PIC a une broche VREF- (tension de référence négative), vous pouvez probablement le faire directement, sans onduleur supplémentaire, grâce à une utilisation créative des tensions de référence.
Sparr

Réponses:

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Un amplificateur inverseur n'a pas besoin d'un rail négatif pour inverser la tension.

gschem

Essayez de penser à vos rails d'alimentation comme ce qui fournit votre sortie. Si vous regardez le circuit, toutes les broches de l'amplificateur opérationnel sont connectées à une tension de 0V ou supérieure. Lorsque votre plage de -1 à -3 entre en jeu, elle apparaît comme l'exact opposé de 1 à 3 sur la sortie. Cela vous donne également certains avantages en tant que tampon, car l'impédance d'entrée de votre broche n'affectera pas beaucoup ce circuit (tant que R dans || R f est grand).

Je conviens qu’un simple diviseur de résistance fait le travail - il suffit de vous faire savoir que cela fonctionne également.

Kortuk
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+1 - c'est la bonne façon de le faire si vous ne disposez pas d'un CAN prenant des entrées négatives.
Jason S
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Non, les rails de l'ampli-op sont les bornes de votre sortie. Où un ampli opérationnel rail à rail ira très près des limites. Vous pourriez, et beaucoup ont passé leur vie à concevoir des amplis-op. Un ampli-op parfait n'existe pas, mais il existe normalement un ampli-op parfait pour un cas particulier.
Kortuk
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Sur cette note, dans cette configuration, si vous dépassez environ -Vcc en tant que votre entrée, votre sortie atteindra le rail Vcc. Certains amplificateurs opérationnels n'entreront pas à moins d'un volt du rail, d'autres à moins de 50 mV. Si vous obtenez un signal d'entrée plus important, divisez-le par un plus grand nombre; si vous avez un signal de -1 à -10 V, divisez par 2, le problème est résolu.
Kortuk
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@ Kortuk - Il n'y a jamais d'op-ampli parfait dans tous les cas. Cependant, il existe le meilleur ampli-op parmi la sélection disponible, lorsque le prix est pris en compte, pour chaque projet.
Connor Wolf
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@Fake Name, je pense qu'il s'agit d'une erreur de communication. S'il répond aux spécifications dont vous avez besoin et qu'il est abordable, alors vous avez le parfait ampli-op. Ce serait ma formulation, je comprends ce que vous voulez dire cependant. J'accepte la limitation et utilise parfaitement parce que je suis positif. <3
Kortuk
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Vous pouvez utiliser un diviseur de tension, avec une extrémité suspendue au rail d'alimentation positif. Supposons que vous en ayez un avec des résistances égales et une alimentation de 5V, cela donnera une tension comprise entre + 2V et + 1V pour votre gamme de -1 à -3V.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+
Wim
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Pour cela, le terminal IN doit absorber un courant de (5-Vin) / (2R). Vous devrez donc choisir R suffisamment grand pour ne pas surcharger l'entrée avec un courant indésirable. ensuite, votre entrée ADC devra avoir au moins un ordre de grandeur supérieur à l'impédance d'entrée par rapport à la valeur R, afin de ne pas surcharger indûment le réseau diviseur. Ce qui peut être (ou ne pas être) possible. Aux fiches techniques!
JustJeff
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-1: vous feriez mieux d'utiliser des résistances de précision et une référence de précision pour 5V.
Jason S
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+1 pour être le moyen le plus simple et le moins cher. Mais comme le dit Jason S, la précision demandera des efforts, si cela compte.
DarenW
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Tout bruit sur votre rail positif apparaîtra dans votre ADC.
endolithe
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L'idée du diviseur de tension est bonne, pas chère, mais vous donne le problème d'un changement de tension à mesurer qui sera considéré comme la moitié du changement à l'entrée ADC. Si des mesures précises sont intéressantes, la solution consiste à utiliser une diode Zener comme moitié inférieure du diviseur. Si la chose mesurée peut tolérer la perte d’un courant insignifiant, cela fonctionnera très bien. Les zeners ne sont pas absolument plats dans leur tension de claquage inverse, en particulier pour les très petits courants, alors ne faites pas de R1 trop grand.

Maintenant pour voir si ce site stackexchange me permet d'ajouter des images ...

texte alternatif

texte alternatif

DarenW
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Simulé dans QUCS
DarenW
4

C'est le circuit standard pour ce type de conversion. Je l'ai simulé pour prouver à quelqu'un qu'il fonctionnait, d'où le schéma SPICE. Vous devez choisir les valeurs de résistance appropriées, cela fonctionne tant qu'elles sont 2R, 2R et R.

Leon Heller
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Je suis au travail (non électronique), je n'ai ni livres électroniques ni livres électroniques pratiques, donc ce n'est qu'une idée approximative. Peut-être que quelqu'un d'autre peut renseigner les détails ...

Essayez un miroir de courant en utilisant une paire de transistors PNP accrochés au rail Vcc. Faites passer le signal de tension négative du côté de l'entrée du miroir à travers une résistance appropriée. Le même courant devrait alors traverser le transistor de sortie du miroir. Avec une résistance bien choisie, vous créez une plage de tension comprise entre 0V et Vcc.

EDIT - NEW: Voici le schéma du miroir actuel. Quel que soit le courant traversant le transistor T1, T2 tentera de faire passer le même courant. La tension négative à mesurer, par rapport à l'alimentation que j'ai choisie au hasard comme étant 15v, crée un filet de courant passant par R1 (mesuré en simulation comme "courant d'entrée"). Si R2 était identique à R1, vous auriez la même tension, si cela était autorisé. Mais il est connecté à 0V (GND) - notre circuit est basé uniquement sur une alimentation positive. Cela ne fonctionnera que si nous réduisons R2, disons 1/2 de R1, puis la tension sera la moitié de ce qui est sur R1. Mesurez-le, faites des maths (ouah, multipliez par 2, difficile!) Et vous voilà. Le schéma a des valeurs différentes, un rapport différent texte alternatif, mais je pense que nous pouvons tous gérer le calcul pour cela.

L'avantage de ceci par rapport à un simple diviseur de tension est que 1) cela a l'air plus compliqué, 2) que c'est une astuce courante dans la conception de circuits intégrés analogiques. Depuis que j'ai écrit une autre réponse en utilisant une diode Zener, je ne suis pas sûr de la raison pour laquelle c'est mieux, mais c'est une alternative au diviseur de tension et peut permettre d'obtenir différentes plages de tension ou autre. Maintenant, je laisse les autres commenter la sagesse ou la folie de cette idée ... texte alternatif texte alternatif

DarenW
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Je ne comprenais pas ce que vous vouliez dire ici, un lien vers un schéma aiderait.
Kevin Boyd
Ok, j’ai le temps maintenant ... et, en y réfléchissant, je ne sais pas pourquoi c’est mieux que des circuits plus simples, à moins que la conception détaillée puisse mieux fonctionner numériquement, peut-être. Le schéma sera joint bientôt.
DarenW
Une vieille question que je réalise, mais ... Ce circuit repose sur la même courbe tension courant-collecteur / courant de collecteur des deux transistors, de sorte que le même courant circule dans chacun des collecteurs de transistors. Ce serait une bonne hypothèse dans un circuit intégré dans lequel les transistors peuvent être bien adaptés (et sont à la même température), mais pas pour deux transistors discrets. Le circuit peut être rendu moins sensible à ce problème en mettant en série des résistances d’appariement avec les émetteurs.
Gwideman
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Vous pourriez même pas besoin d'un ampli-op. Certains ADC (comme le MCP3304, voir la fiche technique: http://ww1.microchip.com/downloads/fr/DeviceDoc/21697e.pdf ont un mode différentiel intégré, dans lequel l’ADC renvoie la différence de deux canaux, qui peut être une nombre négatif: si vous reliez une voie à la masse (mode pseudo-différentiel), l’ADC peut accepter une tension d’entrée négative sur l’autre et la traduire en nombre négatif, le tout sans nécessiter de tension négative.

Bien entendu, cela ne s'applique que si votre ADC prend en charge ce genre de chose. Beaucoup n'ont pas du tout de mode différentiel.

dpdt
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Avez-vous vérifié la fiche technique sur cette partie? A partir de la feuille de la section des valeurs nominales maximales absolues: "Toutes les entrées et toutes les sorties avec VSS ............... -0.3V à VDD + 0.3V" Cela signifie que vous ne pouvez pas avoir un négatif tension sur les entrées ou toute autre broche pour cette question. Pourquoi? parce que les diodes de protection d’entrée s’allumeront et empêcheront la partie de brûler. Cela ne répond pas à la question, la question était comment puis-je mesurer une tension négative? Vous ne pouvez pas mesurer une tension négative avec cette partie.
Tension Spike
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Je pense qu'il existe déjà de très bonnes réponses, mais j'aime bien publier une autre approche, que je m'utilise moi-même pour faire essentiellement la même chose.

Vous pourriez utiliser un ampli op d'instrumentation (comme un LT1167)? Vous auriez cependant besoin du rail négatif, mais cela ne donnerait-il pas plus de précision? et aussi de meilleures façons d’amplifier la tension si vous le souhaitez en ajoutant simplement une résistance.

l'ajout du rail négatif est aussi simple que d'ajouter quelque chose comme un minmax MCW03-05D05.

Le problème que j'ai avec l'utilisation de résistances est qu'il est très difficile de trouver des résistances identiques, ce qui vous donnerait une erreur que vous auriez à corriger.

Nisse
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C'est un moyen assez coûteux de faire quelque chose de simple.
Matt Young
oui mais je suppose que cela dépend de la précision avec laquelle on voudrait
Nisse
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Vous avez dit vous-même que les résistances sont la principale source de l'erreur. L'utilisation d'une pièce plus coûteuse, ainsi que la nécessité d'ajouter une sorte de rail négatif, ne résout pas le problème. L'utilisation de résistances avec une plus grande précision a plus de sens.
Matt Young
Eh bien, s’il n’est pas nécessaire d’amplifier, il n’ya pas besoin de résistance. De plus, c’est aussi une autre façon de le faire, je ne dis pas que c’est la bonne façon de le faire, quelle que soit l’application, Mieux vaut renoncer à ne pas utiliser de rail négatif.
Nisse