La configuración simple del amplificador operacional para el sentido actual tiene un rango de trabajo extraño

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Estoy usando un amplificador dual LM358D en este momento y mi objetivo es medir más - Corriente en 2 motores. Antes de hacer eso, hice una configuración de prueba para probar las ecuaciones y comprobar la señal de salida del amplificador operacional. La ganancia se establece en 100 con resistencias estándar.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Como puede ver (no importa el nombre del amplificador operacional, se olvidó de cambiar), una caída de voltaje entre la resistencia de detección actual (algo que implementaré más adelante) es de 0.02 V (20 mV). El amplificador operacional lo amplifica por 100 en una situación ideal para que pueda leerlo con un STM32.

Sin embargo , cuando hago esto en realidad, el Vout es de alrededor de 0,7v y no cambiará hasta que disminuya 4,98 hasta 4,1v. Cuando llega a ese punto, el Vout cambia dramáticamente cuando lo reduzco ligeramente y alcanza su salida máxima de 3.9v (Es 3.9v porque conecté la fuente flexible a v- y la VCC del componente) cuando la señal que viene en la V - del op-amp es 4v o inferior.

Mi pregunta es ¿Por qué no amplifica la diferencia entre 5v (v +) y 4.98v (v-) pero solo inicia la amplificación a 5v (v +) y 4.10v (v -)?

He comprobado las ecuaciones con una calculadora en línea y he usado el circuitlab simulador y normalmente debería funcionar. ¿Qué estoy haciendo mal?

Mi configuración ideal sería:

simular este circuito

ACTUALIZACIÓN 01/09/2018 He aumentado el voltaje Vcc para el amplificador operacional y gracias a ustedes, ahora muestra un comportamiento un tanto normal. Sin embargo, encontré otro problema que en realidad es simple, pero parece que no puedo entenderlo. Para saber cuánta corriente lleva la carga usamos la ley de Ohm. Así que I = U / R . Medir la caída de tensión mientras detengo el motor con mi mano mientras suministro el motor con 7 V, tendrá una caída de alrededor de 35 mV (0,035 V). Cuando uso la ecuación, I = U / R = 0,035 / 1 = 0,035A . Sin embargo, no creo que esto sea realmente correcto, ya que el motor es bastante difícil de sostener con una mano. También tengo una pantalla en mi fuente de alimentación propia y cuando "cargo" el motor, la corriente aumenta a alrededor de 2,2A. Esta podría ser la corriente que la resistencia usa. ¿Significa que tengo que saber la corriente primero antes de calcularla?

Entonces, Volt por amperio = 0,035V / 2,2A = 0,0159V = 15,9mV por amperio? Lo he buscado y la mayoría no lo explica completamente, solo el principio de la ley de Ohm.

simular este circuito

    
pregunta Capt. Frost

2 respuestas

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El amplificador operacional se alimenta desde 5 voltios y la señal a medir es de 20 mV elevada a un voltaje de modo común de 4,99 voltios. El LM358 tiene un rango de modo común de entrada de 0 voltios a Vcc - 1.5 voltios, por lo tanto, está pidiendo demasiado a este dispositivo. Si elevas la fuente de alimentación (solo para el amplificador operacional) a más de 6.5 voltios, funcionará.

El problema más específicamente es que el voltaje en el pin + Vin es 99% de 5 voltios o 4,95 voltios. Si disminuyes la ganancia al aumentar las resistencias de entrada para hacer que el voltaje en + Vin sea inferior a 3.5 voltios, entonces comenzará a funcionar.

Si alimentó el amplificador operacional desde 24 voltios y su señal está en la parte superior con referencia a 24 voltios, entonces podría disminuir la ganancia de tal manera que + Vin no supere los 22.5 voltios. Esto haría que las resistencias de entrada fueran de 680 ohmios y obtendría una ganancia inicial de 14.7, pero podría aplicar una etapa secundaria para obtener la ganancia general que necesita.

    
respondido por el Andy aka
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Además del problema del modo común, que requiere una fuente de alimentación para el amplificador operacional un par de voltios por encima de la señal, tiene errores en las resistencias y el voltaje de compensación del mapa de operación.

El voltaje de compensación generalmente es de +/- 3mV y puede ser de hasta +/- 9mV en cualquier dirección. Eso es un desplazamiento actual de +/- 0.45A.

También hay un problema con la tolerancia de las resistencias. Si una resistencia tiene un 1% de descuento, la entrada tendrá que ser un 1% de 5 V diferente para que se equilibre, no el 1% de la diferencia. Eso es 50mV, o una compensación actual de +/- 2.5A.

Esta no es una buena forma de medir la corriente si le importa mucho la precisión; puede obtener un mejor amplificador operacional, pero la sensibilidad a la tolerancia de la resistencia es un factor mortal. Si puede mover la resistencia de detección al lado bajo, los problemas principales desaparecerán y podría calibrar el error de compensación **.

** No es tan simple, querría desviar el circuito para que la salida del amplificador operacional esté (en el peor de los casos) un poco por encima del nivel del suelo, de modo que se garantice que el op-amp funcione en todas las condiciones. Luego reste ese desplazamiento digitalmente. Pero entonces podrías usar el amplificador operacional más barato del planeta.

    
respondido por el Spehro Pefhany

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