Supongamos que tenemos dos voltajes V1 y V2. ¿Cómo podemos almacenar la diferencia de voltaje (V1-V2) en un capacitor dado?
Intenté cargar la placa superior del condensador a V1 y luego cargué la placa inferior del condensador a V2. pero el valor del voltaje a través del capacitor no es V1-V2, ¿cómo podemos hacer esto?
Básicamente quiero realizar una resta de 2 voltajes, con un circuito simple que no consume mucha energía y área
Esta es una técnica estándar y es una buena forma de restar voltajes, siempre que sean estáticos / de movimiento lento.
Usted usa interruptores analógicos para conectar primero su condensador entre V1 y V2, ahora VCAP = V1-V2. Luego cambia el condensador a tierra. Ahora tienes V1-V2 referenciado a tierra. C2 mantiene el voltaje en la salida, mientras que el condensador está muestreando. Se requieren algunos ciclos para que los voltajes alcancen el equilibrio.
Es realmente útil si está utilizando un ADC en un micro, su ADC puede muestrear el voltaje cuando se cambia a un solo extremo y su micro puede controlar los interruptores. (C2 no es necesario)
Esto tiene un recuento de partes más bajo y una corriente de suministro baja, y un costo más bajo que los amplificadores diferenciales. No se necesitan resistencias emparejadas. También puede tener un rendimiento de modo común / equilibrio mucho mejor que un simple arreglo diferencial opamp.
CD4053 se puede usar para voltajes de hasta 18V, y 74HC4053 para voltajes de hasta 6V (y ambos funcionarán con voltajes de -ve) Otros interruptores analógicos permiten voltajes más altos, y puedes usar fets discretos u opto-fets para hacer esto a cientos de voltios.
Esta técnica también es muy buena con voltajes de entrada pequeños, por ejemplo, termopares, ya que puede usar un amplificador de CA para eliminar la desviación y el desplazamiento. Por ejemplo, aquí utilizamos un LM358 (desplazamiento barato, desviación grande y desviación) para medir los voltajes de los termopares, en presencia de un gran desplazamiento V2. Aunque la ganancia es 1000, el desplazamiento es solo uV en la entrada. Esto puede ser restado por el micro.
O (esto depende un poco de la aplicación, etc.) use un amplificador diferencial. ¿Pueden los dos voltajes compartir la misma referencia?
Es posible que necesites un búfer, y las constantes de tiempo se pueden ajustar, pero entiendes la idea.
El problema con su idea con la carga secuencial es este: cargará su capacitor a + 5v. Ahora está cargado positivamente con respecto a su propia convención. Sin embargo, cuando inicie la carga negativa para realizar la resta, el condensador se cargará desde + 5v hasta digamos -3 voltios durante un período de tiempo. Simplemente se columpia. Ahora puede detener el proceso de carga negativa en el momento específico que deseaba (por ejemplo, +2 voltios), pero no está haciendo una resta confiable, simplemente está trabajando.
Para resolver esto, propongo dos formas (¡hay muchas más!) Una es muy simple y la otra es un poco más elegante para que vayas más lejos.
1) Coloque V1 y V2 en la misma pata del condensador, pero en dirección opuesta. Según este circuito:
2) Si quieres ser un poco más sofisticado, puedes usar un circuito de diferenciador de amplificador operacional para hacer la resta matemática. La salida se alimenta a su condensador. Puede consultar el diseño del circuito del amplificador diferencial
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