Como faço para medir uma tensão negativa com um ADC?

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Estou trabalhando com um microcontrolador PIC com 10 bits ADC embutido e quero medir uma tensão na faixa de -1 a -3Volts.
Pensei em usar um amplificador operacional no modo de inversão para tornar a tensão positiva e, em seguida, alimentá-lo no ADC do microcontrolador, mas aqui eu teria que alimentar o opamp com uma fonte de alimentação negativa, certo? Eu não quero usar uma fonte de alimentação negativa no momento e queria saber se era possível alcançar essa configuração? Você pode ajudar?

microcontroller pic adc Kevin Boyd
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o -1 a -3V que estou medindo é a saída de um LM337 que quero monitorar.
Kevin Boyd
relacionado: Mede a tensão de
-20V
Não tenho detalhes suficientes para encontrar uma resposta completa, mas se o seu PIC tiver um pino VREF- (tensão de referência negativa), provavelmente você poderá fazer isso diretamente, sem um inversor adicional, através do uso criativo das tensões de referência.
Sparr

Respostas:

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Um amplificador inversor não precisa de um trilho negativo para inverter a tensão.

gschem

Tente pensar em seus trilhos de energia como o que fornece sua saída. Se você observar o circuito, todos os pinos do amplificador operacional estão ligados a uma tensão de 0V ou superior. Quando o intervalo de -1 a -3 chegar, ele aparecerá exatamente como o oposto de 1 a 3 na saída. Isso também oferece algumas vantagens como buffer, pois a impedância de entrada do seu pino não afetará muito este circuito (desde que R in || Rf seja grande).

Concordo que um simples divisor de resistores faz o trabalho - apenas informando que isso também funciona.

Kortuk
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+1 - esta é a maneira correta de fazer isso se você não tiver um ADC recebendo entradas negativas.
Jason S
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Não, os trilhos do amplificador operacional são os limites da sua saída. Onde um amplificador operacional de trilho a trilho ficará muito próximo dos limites. Você poderia, e muitos passaram a vida projetando amplificadores operacionais. Não existe um amplificador operacional perfeito, mas normalmente existe um amplificador operacional perfeito para um caso específico.
precisa saber é o seguinte
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Nessa nota, nessa configuração, se você ultrapassar -Vcc como entrada, sua saída atingirá o trilho Vcc. Alguns amplificadores operacionais não vão dentro de um volt ou mais do trilho, outros amplificadores operacionais vão dentro de 50mV. Se você receber um sinal de entrada maior, divida-o por uma quantidade maior; se você tiver um sinal de -1 a -10 V, divida por 2, problema resolvido.
precisa saber é o seguinte
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@ Kortuk - Nunca existe um amplificador operacional perfeito para qualquer caso. No entanto, existe o melhor op-amp da seleção disponível, quando o preço é levado em consideração, para cada projeto.
Connor Wolf
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@ Nome falso, acho que este é um caso de erro de comunicação. Se atender às especificações necessárias e for acessível, você terá o amplificador operacional perfeito. Essa seria a minha redação, embora eu entenda o que você quer dizer. Aceito a limitação e uso perfeito porque sou positivo. <3
Kortuk 19/10/10
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Você pode usar um divisor de tensão, com uma extremidade pendurada no trilho de alimentação positivo. Digamos que você tenha um com resistores iguais e uma fonte de alimentação de 5V, isso resultará em uma tensão entre + 2V e + 1V para sua faixa de -1 a -3V.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+
Wim
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Isso exigirá que o terminal IN reduza uma corrente de (5-Vin) / (2R), portanto você terá que escolher R grande o suficiente para não sobrecarregar a entrada com corrente indesejada. então, sua entrada ADC precisará ter pelo menos uma ordem de magnitude mais impedância de entrada que o valor R, para não carregar indevidamente a rede divisória. Que tudo pode (ou não) ser possível. Para as folhas de dados!
JustJeff
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-1: é melhor usar resistores de precisão e uma referência de precisão para 5V.
Jason S
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+1 por ser a maneira mais simples e barata. Mas, como Jason S diz, a precisão exigirá esforço, se isso importa.
darenw
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Qualquer ruído no trilho positivo será exibido no seu ADC.
endolith 15/10/10
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A idéia do divisor de tensão é boa, barata, mas fornece o problema de uma alteração na tensão a ser medida será considerada como 1/2 da alteração na entrada do ADC. Se medições precisas são de interesse, a solução é um diodo zener como a metade inferior do divisor. Se a coisa que está sendo medida puder tolerar perder um pouquinho de corrente, isso funcionará muito bem. Os zeners não são absolutamente baixos em sua tensão de ruptura reversa, especialmente para correntes muito pequenas, portanto, não faça o R1 muito grande.

Agora, para ver se este site stackexchange me permite adicionar imagens ...

texto alternativo

texto alternativo

DarenW
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Simulado em QUCS
DarenW 19/10/10
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Este é o circuito padrão para esse tipo de conversão. Simulei para provar a alguém que funcionava, daí o esquema SPICE. Você precisa escolher os valores apropriados do resistor, ele funciona desde que sejam 2R, 2R e R.

Leon Heller
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Estou no trabalho (não eletrônico) no momento, sem livros eletrônicos ou manuais úteis, então isso será apenas uma idéia aproximada. Talvez alguém possa preencher os detalhes ...

Experimente um espelho atual usando um par de transistores PNP pendurados no trilho Vcc. Alimente o sinal de tensão negativa ao lado de entrada do espelho através de um resistor apropriado. A mesma corrente deve fluir através do transistor de saída do espelho. Com um resistor bem escolhido, você cria uma faixa de tensão entre 0V e Vcc.

EDIT - NEW: Aqui está o esquema esquemático atual. Qualquer que seja a corrente que passe pelo transistor T1, T2 tentará fazer o mesmo fluxo de corrente. A tensão negativa a ser medida, relativa à fonte de alimentação que escolhi aleatoriamente como 15v, cria um pouco de corrente através de R1 (medido em simulação como "corrente de entrada"). Se R2 fosse o mesmo que R1, você encontraria a mesma tensão através dele, se fosse permitido. Mas é conectado a 0V (gnd) - nosso circuito é baseado puramente em uma fonte positiva. Não funcionará, a menos que reduzamos o R2, digamos 1/2 de R1, em seguida, a voltagem será 1/2 do que quer que seja através de R1. Meça, faça contas (whoo, multiplique por 2, muito!) E aí está. O esquema tem valores diferentes, uma proporção diferente texto alternativo, mas acho que todos nós podemos lidar com a matemática para isso.

A vantagem disso em relação a um simples divisor de tensão é que 1) parece mais complicado, 2) é um truque comum no design de CI analógico. Como escrevi outra resposta usando um diodo Zener, não sei agora por que isso é melhor, mas é uma alternativa a um divisor de tensão e pode permitir obter diferentes faixas de voltagem ou algo assim. Agora deixo que outros comentem a sabedoria ou a tolice dessa idéia ... texto alternativo texto alternativo

DarenW
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Não entendi o que você quis dizer aqui, um link para um esquema ajudaria.
Kevin Boyd
Certo, agora tenho tempo ... e, pensando bem, não sei por que é melhor do que alguns circuitos mais simples, exceto porque o projeto detalhado pode funcionar melhor numericamente, talvez. O esquema será anexado em breve.
darenw
Pergunta antiga, eu percebo, mas ... Esse circuito depende da curva de tensão do emissor base vs corrente de coletor dos dois transistores ser a mesma, de modo que a mesma corrente flua em cada um dos dois coletores de transistores. Isso seria uma boa suposição em um IC, onde os transistores podem ser combinados bem (e estão na mesma temperatura), mas não para dois transistores discretos. O circuito pode ser menos sensível a esse problema, colocando os resistores correspondentes em série com os emissores.
gwideman
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Você pode nem precisar de um amplificador operacional. Alguns ADCs (como o MCP3304, consulte a folha de dados: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf) possuem um modo diferencial embutido, onde o ADC retorna a diferença de dois canais, o que pode ser um Se você amarrar um canal ao terra (chamado modo pseudo-diferencial), o ADC pode aceitar uma tensão de entrada negativa no outro e convertê-la em um número negativo, tudo sem precisar de uma tensão negativa.

Obviamente, isso só se aplica se o seu ADC suportar esse tipo de coisa. Muitos não têm o modo diferencial.

dpdt
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Você verificou a folha de dados desta peça? Na folha na seção de classificações máximas absolutas: "Todas as entradas e saídas wrt VSS ............... -0,3V a VDD + 0,3V" Isso significa que você não pode ter um valor negativo. tensão nas entradas ou em qualquer outro pino. Por quê? porque os diodos de proteção de entrada serão ligados e impedirão que a peça seja queimada. Isso não responde à pergunta, a pergunta era como posso medir uma tensão negativa? Você não pode medir uma tensão negativa com esta peça.
amigos estão dizendo sobre voltage spike
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Acho que já existem respostas muito boas, mas gosto de postar outra abordagem, que estou me usando para fazer basicamente a mesma coisa.

Você poderia usar um amplificador operacional (como um LT1167)? Você, no entanto, precisaria do trilho negativo, mas isso não daria mais precisão? e também melhores maneiras de amplificar a tensão, se desejado, simplesmente adicionando um resistor.

adicionar o trilho negativo é tão fácil quanto adicionar algo como um minmax MCW03-05D05.

O problema que tenho com o uso de resistores é que é muito difícil encontrar resistores idênticos, o que causaria um erro que você precisaria corrigir.

Nisse
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Essa é uma maneira bastante cara de fazer algo simples.
Matt Young
Sim, mas eu acho que depende de quão boa precisão alguém iria querer
Nisse
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Você mesmo disse que os resistores são a principal fonte do erro. Usar uma peça mais cara, além de precisar adicionar algum tipo de trilho negativo, não resolve isso. Usar resistores com maior precisão faz mais sentido.
Matt Young
bem, se não há necessidade de amplificação, não há necessidade de resistor. Além disso, é apenas outra maneira de fazê-lo, não estou dizendo que é o caminho certo para fazer em qualquer aplicação, mas em alguns casos pode ser melhor desistir de não usar um trilho negativo.
Nisse