Fuente correctamente voltaje variable variable utilizando Arduino

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¿Cómo puedo generar correctamente una tensión negativa variable utilizando un Arduino? Me gustaría usar el pin de suministro de 5 V en el Arduino, reducirlo (dinámicamente) a un voltaje apropiado y convertirlo a un voltaje negativo para usarlo como fuente de suministro negativa.

He visto publicaciones que utilizan el convertidor de voltaje negativo ICL7660 para suministrar un voltaje negativo. También me gustaría acercarme lo más posible a 0 voltios (un voltaje negativo muy alto, por ejemplo: -0.1V).

Por lo que sé, hay dos formas de hacer esto:

Primer método:

  1. Escala de voltaje de entrada de 5V mediante potenciómetro digital
  2. Use algún IC para convertir el voltaje de salida del potenciómetro digital a un voltaje negativo

Segundo método:

  1. Convierta el voltaje de entrada de 5V a -5V usando algún IC
  2. Escala -5V usando un potenciómetro digital

¿Hay alguna desventaja de obtener el FSR con cualquiera de estos dos métodos? ¿Qué componentes específicos recomendarías? Tengo un potenciómetro digital MCP4231 (pero no funcionará con el segundo método porque no toma voltaje negativo).

El objetivo final es poder generar una tensión negativa variable (controlada por un potenciómetro digital que puedo modificar mediante el uso de software) sin baterías adicionales. También me gustaría obtener una buena cantidad de variación entre -0.1V y -5V.

Estoy tratando de usar el voltaje negativo para generar la resistencia sensible a la fuerza Flexiforce aquí (el Vt en la imagen de abajo):

¡Tambiénseríaútilcualquierconsejoparauncircuitofrontaldiferentequeproporcioneuncontrolsimilardelrangodefuerzadinámica!

EDIT

Segúnelconsejode@DrFriedParts,heusadosucircuitoparaeliminarelusodeunafuentedevoltajenegativoenconjunto.Sinembargo,alsimularelcircuitoeimplementarlo,parecequenoobtengounasalidadiferentea5V.

Aquíhayunainstantáneadelcircuito:

La salida es siempre 5V, independientemente de los valores que cambie para Rs (el sensor) y Rf (resistencia de realimentación). ¿Estoy haciendo algo mal? ¿No debería aplicar una tensión de polarización muy inferior a 5V (como 0.5V) para que la salida sea de 0.5V a 5V?

    
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Probablemente sea una arquitectura innecesaria.

Realmente no necesita (y probablemente no quiera) voltajes negativos en su aplicación.

  • El ADC de su microcontrolador solo puede leer voltajes positivos.
  • Su amplificador operacional solo puede generar voltajes positivos.
  • El transductor solo generará voltajes positivos.

El elemento piezo es una resistencia grande sin presión y disminuye en resistencia a medida que se aplica presión.

(Nota: no sé cuál es el rango dinámico de entrada de su ADC, por lo que asumiré 0-5V aquí. Escale en consecuencia si su rango es más pequeño)

Para ajustar el elemento en el rango dinámico de su ADC, necesita convertir el cambio en la resistencia del transductor (la Flexiforce) para cambiar el voltaje ... y luego escalar la salida resultante.

Yo propongo ...

Antes de continuar, se debe tener en cuenta que la hoja de datos de este transductor no es lo suficientemente útil. Carece de las curvas o los parámetros que realmente le permitirían predecir el rendimiento de este circuito. Incluso llegan a decirle que calibre cada unidad individualmente (lo que implica una alta variabilidad entre las unidades).

Dicho esto, podemos hacer algunas inferencias a partir de notas en la hoja de datos. A saber:

  • Especifican la resistencia descargada como superior a 5 MegaOhm.
  • La resistencia de realimentación debe ser inferior a la del transductor o la salida se saturará.
  • Especifican una resistencia de retroalimentación mínima de 1k.

Propongo que conecte Vref a + 5V, utilizando un potenciómetro digital de 1-MegaOhm de 256 tomas para Rf (por ejemplo, ANALOG DEVICES AD5241BRZ1M), y conecte a tierra el otro terminal del transductor.

Esta es la función de transferencia resultante:

$$ V_ {salida} = \ frac {R_s-R_f} {R_s} V_ {ref} $$

donde Rs es la resistencia de Flexiforce, Rf es la resistencia de realimentación y Vref es el voltaje aplicado en el terminal positivo de la OpAmp.

Cómo funciona

A mayor presión, la resistencia del transductor es menor. Si su ADC tiene 10 bits efectivos, podemos resolver 5 mV desde un rango de 5V.

Ajustando la ganancia a 1 MegaOhm (1e6 Ohms), podemos resolver un cambio de 0.5% en la resistencia de los sensores. El voltaje de salida cambiará de 4.000V a 3.995V.

A medida que la resistencia continúa disminuyendo (se aplica más presión), podemos continuar resolviendo la presión con una precisión muy alta hasta que la resistencia del transductor se acerque a 1 MegaOhm (igual que la resistencia de realimentación).

En este punto, debe reducir la resistencia de realimentación para aumentar el rango dinámico (la capacidad de medir un rango más amplio de presiones) a expensas de la resolución (la capacidad de medir pequeños cambios en la presión). No te preocupes El rendimiento de su resolución seguirá siendo muy bueno (probablemente mejor que el nivel de ruido del transductor o del OpAmp).

En el extremo superior de las presiones a las que podría estar expuesto el transductor, tendrá una resistencia de retroalimentación mínima. En el caso de mi parte propuesta de Dispositivos analógicos, eso es aproximadamente Rf = 3.9k. En esta situación, puede resolver (teóricamente) un cambio del 0,1% en la resistencia de los transductores.

¡Impresionante! Amplio rango dinámico y fuente de alimentación de voltaje negativo sin complicaciones.

YMMV

Debe tenerse en cuenta que el propósito del sesgo negativo es aumentar su sensibilidad a bajas presiones (donde el transductor estará cerca de 5 millones de ohmios). Tal sistema no necesariamente superará mi propuesta, ya que la fuente de alimentación inversora introduce muchas rutas de ruido adicionales y debe diseñarse con mucho cuidado para un circuito de detección de alta impedancia. También costará mucho más construirlo, ya que utiliza más componentes y componentes más caros.

Los parámetros de ajuste y diseño exactos de este circuito dependerán de cuánta (y cuánta) fuerza realmente necesite poder resolver y cómo se comporta realmente el transductor (la hoja de datos solo nos da límites, no características intermedias) .

    
respondido por el DrFriedParts

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