Evo prvo verzije za simulator, koja služi za lakše razumevanje sklopa, potom ću objasniti detalje:
(Pažnja! Ovo nije finalni sklop jer finalni sklop će imati napajanje , ofset trimere i akvizitor za napon i tako te stvari.
Ovo je šema za uspešnu simulaciju i oslikavanje rada i principa. Konačni spoj će u najvećoj meri biti identičan osim par sitnih detalja)
MeracStrujeMilan.asc (Size: 4,6 KB / Downloads: 16)
MeracStrujeMilan.pdf (Size: 7,8 KB / Downloads: 44)
MeracStrujeMilan_plot.pdf (Size: 9,17 KB / Downloads: 14)
-------------------------------------------
V4 je neko napajanje, namerno namešteno da odradi od -3 do +33V i na potrošaču R14 namerno razvija od -1 do +11A.
Na taj način demonstriram dejstvo preciznih klampera za ADC, sastavljenih od dualnog op-amp LM358 (jevtin), to su na šemi U3 i U4, odnosno zaštitu od inverznih i prekoračenih struja.
Na tom mestu ne mogu raditi OP07, OP27 i OP37 zato što interno imaju zaštitne diode između ulaza.
Tu mogu raditi oni op-amps koji nemaju te diode, LM358, LM458, LM324, MC33272, MC33274, i td i td...
Kao glavna pojačavačka jedinica je izabran OP07 (U1) kao redak a jevtin op-amp sa excelent ofset karakteristikom.
Verzija OP07A ima tipičan ofset od svega 10uV u roku od minut posle uključenja.
Iz istog razloga je taj OP07 izabran za izlazni buffer sa zaštitom od kratkog spoja na izlazu naprave (R10).
Pojačanje U1 je tačno 25 i dobijeno je standardnim vrednostima otpornika. Preciznost tog U1 će najviše zavisiti od klase tačnosti upotrebljenih otpornika a ne od samog OP07. Preporučujem 0.1% tolerancije.
Okruženje U1 je građeno kao diferencijalni amp, zato da bi bio neosetljiv na ground loops koje se mogu javiti kod većih struja i neopreznog razvođenja veza.
Istovremeno to omogućava korišćenje glavne mase sa bilo koje od strana šenta bez promene kvaliteta rada mernog sistema, što znači da dobijamo prilagodljivost sistema prema nekim uslovima merenja.
U svakom slučaju ovo je low side sistem.
Pojačanje na U1 je namešteno pomoću R7 i R6, jer tako se promenom R7 može podesiti u vrlo širokom opsegu (možda nekom zatreba) a da krajnje minimalno utiče na ofset op-ampa. Istovremeno sa promenom R7 treba staviti potpuno istu vrednost za R12, kroz koji će naknadno delovati kolo za korekciju ofseta. Kod OP07 se radi o krajnje malim vrednostima i korekciono kolo ćete videti u konačnoj šemi.
Precizni klampovi sa U3 i U4 obezbeđuju automatsko klampovanje izlaza na preciznih nula volti na dole, kao i na precizni napon Vreff na gore (ma koji on bio u opsegu od 0-10VDC). Dovoljno je dovesti im 0V i Vreff koji se koristi.
U ovom slučaju sam izabrao vref od 5.0V zato što se lako može napraviti sa LM431 koji je jevtin a ima oko 50ppm drifta.
Takođe napon napajanja PIC16F može ostati 5V što je dosta povoljnije za rad njegovih ADC.
Buffer je izveden sa prevencijom latch i oscilacija, takođe i sa limitom izlazne struje kratkog spoja na manje od 25mA.
tako buffer neće biti ugrožen nehotičnom pogrešnom vezom.
Zašto ovakvi precizni klampovi?
Zato što bilo koje izvedbe sa diodama nisu dovoljno precizne da osiguraju ADC ulaz od proboja koji nastupa na +Vss i 0.3v preko, kao i na dole -0.3V ispod mase.
Kod upotrebe zener ili šotki dioda može doći do komprimovanja izlaznog napona pri krajevima opsega i uneti velike merne greške na marginama opsega.
Zener dioda od na primer 5V1, već počinje da provodi na 4V7 tipično, a ako stavimo 6V2 rizikujemo ulaz ADC-a.
Na ovaj način rešen klamp obezbeđuje "mrtvo" precizan raspon Vout od strogih nula V do strogih Vreff, ulaz ADC je zaštićen a neće se narušiti preciznost u celom opsegu.
Tako se to izvodi.
Sa OP07A taj sklop će podržati dobar kvalitet za preko 16 bit rezolucije. Sve će konačno ponajviše zavisiti od preciznosti šenta i preciznosti svih upotrebljenih otpornika.
U narednom broju posta stići će šema konačnog sklopa sa napajanjem od 8-55VDC, koje će napajati PIC, njegov LCD i op-amps.
Pozdrav
P.S.
Merni sistem koji koristi op-amps sa split napajanjem je u ozbiljnoj prednosti u odnosu takozvane "rail to rail" op-amps. Kažem takozvane jer ni jedan od njih ne može stvarno dohvatiti u potpunosti margine napajanja i takođe vrednost preostalog napona veoma zavisi od izlaznog opterećenja takvih op-amps.
Dakle njihova upotrebljivost je tipično po 50-tak mV manje od napajanja na obe strane.
To dakle čak i na 5V ADC-u "krade" najmanje 2% od ukupnog opsega, a što je manji Vref slučaj je sve gori u "ukradenim" procentima od full range ADC.
Takođe zbog saturacije njihovih izlaza, opseg biva "sabijen" na krajevima i može uneti veoma ozbiljne merne greške.
Sa split napajanjem standardni op-amps (koji imaju inače i najbolje sveukupne karakteristike upravo na +-15VDC) mogu obezbediti na svojim izlazima pun "mašinski" napon od -10 do +10V outputa. Dakle u tom okviru neće biti problema sa nelinearnostima opsega.
Kada pogledate neku bolju mernu napravu, teško da ćete naći u akvizicionm sistemima rail to rail op-amps ukoliko to nije krajnja nužnost.
Kada je krajnja nužnost, poput niskonaponskih baterijskih naprava, onda se koriste pomoćni štosevi za nedohvatanje krajnjih rail op-amps, a da merenje bude uspešno izvedeno.
Kako se okrenete i te metode ne stvaraju ništa manju gužvu nego ova koju sam nacrtao.
Ova moja poslednje nacrtana metoda sasvim lako može vršiti akviziciju i drugog polariteta struje ili AC struje, samo se negativni klamp zakači na neki -Vreff.
Sa OP07 će to raditi do nekoliko kiloherca, a ako treba više od toga onda se umesto njega stavi brži "brat" OP27, samo sa na žalost nešto lošijim ofsetom.
(Pažnja! Ovo nije finalni sklop jer finalni sklop će imati napajanje , ofset trimere i akvizitor za napon i tako te stvari.
Ovo je šema za uspešnu simulaciju i oslikavanje rada i principa. Konačni spoj će u najvećoj meri biti identičan osim par sitnih detalja)
MeracStrujeMilan.asc (Size: 4,6 KB / Downloads: 16)
MeracStrujeMilan.pdf (Size: 7,8 KB / Downloads: 44)
MeracStrujeMilan_plot.pdf (Size: 9,17 KB / Downloads: 14)
-------------------------------------------
V4 je neko napajanje, namerno namešteno da odradi od -3 do +33V i na potrošaču R14 namerno razvija od -1 do +11A.
Na taj način demonstriram dejstvo preciznih klampera za ADC, sastavljenih od dualnog op-amp LM358 (jevtin), to su na šemi U3 i U4, odnosno zaštitu od inverznih i prekoračenih struja.
Na tom mestu ne mogu raditi OP07, OP27 i OP37 zato što interno imaju zaštitne diode između ulaza.
Tu mogu raditi oni op-amps koji nemaju te diode, LM358, LM458, LM324, MC33272, MC33274, i td i td...
Kao glavna pojačavačka jedinica je izabran OP07 (U1) kao redak a jevtin op-amp sa excelent ofset karakteristikom.
Verzija OP07A ima tipičan ofset od svega 10uV u roku od minut posle uključenja.
Iz istog razloga je taj OP07 izabran za izlazni buffer sa zaštitom od kratkog spoja na izlazu naprave (R10).
Pojačanje U1 je tačno 25 i dobijeno je standardnim vrednostima otpornika. Preciznost tog U1 će najviše zavisiti od klase tačnosti upotrebljenih otpornika a ne od samog OP07. Preporučujem 0.1% tolerancije.
Okruženje U1 je građeno kao diferencijalni amp, zato da bi bio neosetljiv na ground loops koje se mogu javiti kod većih struja i neopreznog razvođenja veza.
Istovremeno to omogućava korišćenje glavne mase sa bilo koje od strana šenta bez promene kvaliteta rada mernog sistema, što znači da dobijamo prilagodljivost sistema prema nekim uslovima merenja.
U svakom slučaju ovo je low side sistem.
Pojačanje na U1 je namešteno pomoću R7 i R6, jer tako se promenom R7 može podesiti u vrlo širokom opsegu (možda nekom zatreba) a da krajnje minimalno utiče na ofset op-ampa. Istovremeno sa promenom R7 treba staviti potpuno istu vrednost za R12, kroz koji će naknadno delovati kolo za korekciju ofseta. Kod OP07 se radi o krajnje malim vrednostima i korekciono kolo ćete videti u konačnoj šemi.
Precizni klampovi sa U3 i U4 obezbeđuju automatsko klampovanje izlaza na preciznih nula volti na dole, kao i na precizni napon Vreff na gore (ma koji on bio u opsegu od 0-10VDC). Dovoljno je dovesti im 0V i Vreff koji se koristi.
U ovom slučaju sam izabrao vref od 5.0V zato što se lako može napraviti sa LM431 koji je jevtin a ima oko 50ppm drifta.
Takođe napon napajanja PIC16F može ostati 5V što je dosta povoljnije za rad njegovih ADC.
Buffer je izveden sa prevencijom latch i oscilacija, takođe i sa limitom izlazne struje kratkog spoja na manje od 25mA.
tako buffer neće biti ugrožen nehotičnom pogrešnom vezom.
Zašto ovakvi precizni klampovi?
Zato što bilo koje izvedbe sa diodama nisu dovoljno precizne da osiguraju ADC ulaz od proboja koji nastupa na +Vss i 0.3v preko, kao i na dole -0.3V ispod mase.
Kod upotrebe zener ili šotki dioda može doći do komprimovanja izlaznog napona pri krajevima opsega i uneti velike merne greške na marginama opsega.
Zener dioda od na primer 5V1, već počinje da provodi na 4V7 tipično, a ako stavimo 6V2 rizikujemo ulaz ADC-a.
Na ovaj način rešen klamp obezbeđuje "mrtvo" precizan raspon Vout od strogih nula V do strogih Vreff, ulaz ADC je zaštićen a neće se narušiti preciznost u celom opsegu.
Tako se to izvodi.
Sa OP07A taj sklop će podržati dobar kvalitet za preko 16 bit rezolucije. Sve će konačno ponajviše zavisiti od preciznosti šenta i preciznosti svih upotrebljenih otpornika.
U narednom broju posta stići će šema konačnog sklopa sa napajanjem od 8-55VDC, koje će napajati PIC, njegov LCD i op-amps.
Pozdrav
P.S.
Merni sistem koji koristi op-amps sa split napajanjem je u ozbiljnoj prednosti u odnosu takozvane "rail to rail" op-amps. Kažem takozvane jer ni jedan od njih ne može stvarno dohvatiti u potpunosti margine napajanja i takođe vrednost preostalog napona veoma zavisi od izlaznog opterećenja takvih op-amps.
Dakle njihova upotrebljivost je tipično po 50-tak mV manje od napajanja na obe strane.
To dakle čak i na 5V ADC-u "krade" najmanje 2% od ukupnog opsega, a što je manji Vref slučaj je sve gori u "ukradenim" procentima od full range ADC.
Takođe zbog saturacije njihovih izlaza, opseg biva "sabijen" na krajevima i može uneti veoma ozbiljne merne greške.
Sa split napajanjem standardni op-amps (koji imaju inače i najbolje sveukupne karakteristike upravo na +-15VDC) mogu obezbediti na svojim izlazima pun "mašinski" napon od -10 do +10V outputa. Dakle u tom okviru neće biti problema sa nelinearnostima opsega.
Kada pogledate neku bolju mernu napravu, teško da ćete naći u akvizicionm sistemima rail to rail op-amps ukoliko to nije krajnja nužnost.
Kada je krajnja nužnost, poput niskonaponskih baterijskih naprava, onda se koriste pomoćni štosevi za nedohvatanje krajnjih rail op-amps, a da merenje bude uspešno izvedeno.
Kako se okrenete i te metode ne stvaraju ništa manju gužvu nego ova koju sam nacrtao.
Ova moja poslednje nacrtana metoda sasvim lako može vršiti akviziciju i drugog polariteta struje ili AC struje, samo se negativni klamp zakači na neki -Vreff.
Sa OP07 će to raditi do nekoliko kiloherca, a ako treba više od toga onda se umesto njega stavi brži "brat" OP27, samo sa na žalost nešto lošijim ofsetom.