Cómo limitar la salida máxima del circuito de acondicionamiento de señal ADC

Algunos comentarios:

1. Los amplificadores operacionales LM741 no funcionarán (correctamente) con una alimentación de ± 3.8 V.
2. Las etapas 1, 2 y 3 se pueden reemplazar con una sola etapa de ganancia de inversión.
3. No está claro por qué está utilizando una salida diferencial para una fuente ADC, pero se ve bien.

Una búsqueda de imagen de Google para voltaje + limitación + señal + analógica arrojó la siguiente técnica interesante.

Figura1.Estecircuitoderecorteutilizaunparcomplementariodeamplificadoresoperacionalesparaevitarelexcesodeseñalpositiva(U1)ynegativa(U2)delaseñaldeentrada,hastaelmáximorangodinámicodeseñaldisponiblesindañarlasobrecarga.Fuente: Diseño electrónico .

  

Una simple cortadora de amplificador operacional (Fig. 1) evita estos problemas. La tensión de entrada máxima permitida se aplica a la entrada no inversora de U1, y la salida se retroalimenta a la entrada inversora a través del diodo de señal pequeña D1. El voltaje de referencia del ADC se puede usar para la referencia de recorte, si está disponible. Cuando el voltaje de entrada está por debajo de la referencia, la salida de U1 se dirige al riel positivo y D1 tiene polarización inversa, por lo que la señal de entrada pasa sin ser alterada.

     

Cuando la entrada supera el voltaje de la pinza, la salida del amplificador operacional invierte y cierra el bucle a través de D1. Como resultado, se convierte efectivamente en un seguidor de ganancia unitaria para el voltaje de sujeción. La resistencia de entrada R1 limita la cantidad de corriente que la salida del amplificador operacional tiene que hundir. Un segundo amplificador operacional (U2) realiza la función complementaria de recorte negativo, impidiendo que la señal caiga por debajo del suelo. Por lo tanto, en este ejemplo, la señal de salida está restringida a 4.096 V a 0 V fuera.

El artículo continúa explicando algunos de los desafíos únicos que este circuito presenta al amplificador operacional con respecto a los diodos contiguos en sus entradas. También hay consideraciones para la velocidad de giro que afecta la frecuencia máxima de operación y la operación de riel a riel. El artículo vale la pena leerlo.

Figura2.ConlossuministrosLT6015ybipolar10-V,elcircuitofijaunaondasinusoidalde7Vppa0y+4V.(LamismafuentequelaFigura1).

  

¿Sepuedeusarestoenlasseccionesanteriores?

Probablementeseaunamalaidea.

Figura3.Variasrespuestasdefiltrodesegundoorden.Fuente: Tutoriales de electrónica .

Dependiendo de la respuesta de frecuencia del filtro de paso bajo, es posible que tenga un pico en el polo y esto resultaría en un voltaje de salida más alto que su clipper. Vea el artículo vinculado para más.

EEK 741s ...

Puede agregar diodos limitantes o zeners al circuito, pero tenga en cuenta que puede cambiar un poco la linealidad.

La pregunta que debe hacerse es si la entrada en sí sobrevivirá a un voltaje mayor que el valor de referencia del ADC. Si la respuesta es sí, entonces limítela a la tensión máxima que puede tomar. Posiblemente con un Zener apuntando hacia adelante sobre R10. También debes asegurarte de que la cosa nunca pueda volverse negativa (lo que la entrada pueda manejar) tampoco.

Más a menudo es prudente retroceder en la ganancia para que su entrada al ADC sea un poco menor que el máximo para el rango de señal normal. Mientras se hace eso, a menudo es conveniente elegir un valor máximo que sea conveniente desde una perspectiva humana. Por ejemplo, valor máximo = 1000 para un DAC de 1024 bits.

Nota: si su valor máximo es su entrada máxima normal, nunca sabrá si realmente se ha superado.

NOTA 2: Desea agregar su limitación después de todas las etapas de amplificación. Si intenta hacerlo antes, los valores se vuelven tan bajos que las tolerancias involucradas inundan la señal. A los propios amplificadores operacionales no les importará mucho si la señal es demasiado fuerte a menos que alcance el riel. En ese momento, es posible que se distorsione mucho.