rango de resistencia a rango de voltaje con un solo amplificador operacional

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Tengo un sensor resistivo, \ $ R_s \ $ y me gustaría asignar el rango \ $ 700 \ Omega - 1700 \ Omega \ $ a 0V-3.3V, idealmente de manera lineal.

Aquí hay un circuito que lo hace (se satura ligeramente en el rango bajo de $ R_s \ $):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Al aplicar los supuestos del amplificador operacional ideal, la corriente a través de \ $ R_m \ $ (y, por lo tanto, \ $ R_s \ $) es \ $ \ frac {V_ {ref_1}} {R_m} \ $

\ $ V_ {o_1} = \ frac {V_ {ref_1}} {R_m} R_s + V_ {ref_1} = V_ {ref_1} (\ frac {R_s} {R_m} + 1) \ $

Por lo tanto, el rango en \ $ V_ {o_1} \ $ es 2.23V - 3.05V.

El segundo amplificador operacional solo escala este rango de voltaje a aproximadamente 0V-3.3V.

Aparte de usar dos amplificadores operacionales, ¿cuáles son las desventajas de este circuito?

De acuerdo con enlace , esta tarea es posible con solo un op-amp. Aquí está ese circuito.

simular este circuito (Los valores de los componentes corresponden a un rango diferente de voltajes y resistencias. También suponga que \ $ R_1 = R_2 = R_p \ $. Llame al sensor \ $ R_s \ $, y en lugar de + 5V, llámelo \ $ V_ {dd} \ $)

Mi pregunta es: ¿cómo analizo ese circuito? Apliqué KCL a las dos entradas del amplificador operacional, resuelto para los voltajes de las entradas del amplificador operacional, y puse a esos dos iguales entre sí, y a través de un álgebra muy desordenada, llegué a

$$ V_o = V_ {dd} \ frac {(R_4 R_6 - R_5 R_6 + R_4 R_5) R_s-R_4 R_5 R_6} {(R_4 R_6 R_6 R_6} $$

(V_o no es en general una función lineal de R_s, sin embargo, los valores de resistencia se pueden elegir por lo que es casi lineal. Quizás haya una mejor manera de representar la función de transferencia para que sobresalga).

Me gustaría otra forma de razonar a través del circuito, quizás confiando en la simetría de las dos redes de resistencias en las entradas del amplificador operacional. Esperemos que esta forma de razonar sobre el circuito también aclare cómo elegir los valores de resistencia para asignar un cierto rango de resistencia a un rango de voltaje.

    
pregunta Gus

1 respuesta

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Sí. Sin embargo, una ecuación precisa como $$ V_o = V_ {dd} \ frac {(R_4 R_6 - R_5 R_6 + R_4 R_5) R_s-R_4 R_5 R_6} {(R_4 R_6 R_6 - R_5 R_6 + R_p R_5) R_s-R_4 R_p R_6) $ es, realmente no te da una idea de lo que está pasando.

Así que echemos un vistazo al circuito e intentemos sentirlo.

R4 es grande, muy grande. Así que, para comenzar, ignorémosla, sustitúyala por un circuito abierto.

Con R4 fuera del camino, y nuestro voltaje de entrada proveniente de la unión \ $ R_s \ $ - R2 (llamemos a ese voltaje y a ese nodo \ $ V_s \ $) U1 está configurado como un amplificador no inversor, con Ganancia controlada por R5 y R6 || R1. Si desea una mayor oscilación de voltaje de salida, aumente R5 y viceversa .

R2 es bastante grande, actúa un poco como una fuente actual para \ $ R_s \ $. A medida que \ $ R_s \ $ aumenta, \ $ V_s \ $ aumenta, disminuyendo el voltaje en R2, disminuyendo así la corriente que fluye a través de él. Esto crearía una R para no linealidad de voltaje. Si solo hubiera una forma de obtener un aumento de la corriente de algún lugar para contrarrestar este suceso. Espera, el voltaje del amplificador operacional aumenta, mucho, a medida que \ $ V_s \ $ aumenta, por lo que una pequeña corriente que fluye desde la salida a \ $ V_s \ $, a través de una gran resistencia, hará el truco.

¿Qué valor debe tener R4? Si cambio R4, entonces \ $ V_s \ $ cambiará, y la salida cambiará, ¿entonces necesitamos una solución de formulario cerrado para ello? No necesariamente, el efecto en \ $ V_s \ $ es pequeño. Calcule la corriente en R2 para dos valores \ $ R_s \ $ diferentes, y elija un R4 para mantener la constante actual de R2. Ahora recalcular con los nuevos valores. Se reunirá en unos pocos pasos.

R1, ¿qué está haciendo eso? Con R6, está configurando el voltaje sobre el cual el amplificador no inversor U1 está amplificando. Entonces, si desea un desplazamiento de salida diferente, cambie la relación R1 a R6.

Así es como analizaría el circuito. Y luego lo golpeé en un simulador como LTSpice, y recorté las resistencias en los valores E24 o E12 que se pueden obtener.

    
respondido por el Neil_UK

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