¿Cómo maximizar el rango de voltaje usando un amplificador operacional (amplificador diferencial)?

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Estoy intentando maximizar el rango de voltaje usando divisores de voltaje y amplificadores operacionales (diferenciales), pero no puedo hacerlo. No tengo experiencia en ingeniería eléctrica, pero mi proyecto implica su uso, por lo tanto, tengo que entender cómo hacerlo. Entiendo cómo funcionan los divisores de voltaje, pero el problema más grande es con el amplificador operacional. La fórmula del divisor de voltaje que encontré fue: V_out = V_in / (R_1 + R_2) * (R_2).

El diagrama que usamos durante la introducción para un amplificador operacional diferencial es: enlace y la fórmula que usamos fue (y solo para mencione, no obtuvimos esta fórmula): V_out = (R_2 / R_1) * (V_2-V_1)

Tengo un sensor que actúa como una resistencia variable con una resistencia que varía entre 60 ~ 180 [ohmios]. El voltaje de salida tiene un rango de 0 y 5 voltios (y tengo que maximizar este rango).

Usando un divisor de voltaje e incluso después de la optimización, el rango máximo de voltaje (salida) que pude alcanzar fue de ~ 0.25 del rango anterior.

Ahora, la ayuda que necesito es un diagrama para un circuito (con valores para las resistencias y los voltajes) que usa un amplificador operacional diferencial y un divisor de voltaje y puede maximizar el rango de voltaje (de la salida final).

Creo que tengo una buena comprensión de los divisores de voltaje, pero no de los amplificadores operacionales, por lo tanto, si también pudiera ayudarme a entender cómo usa dos entradas en los amplificadores operacionales diferenciales (por ejemplo, ¿uso dos divisores de voltaje?) , sería muy útil.

Cualquier ayuda será apreciada, y si hay alguna necesidad de corrección en la pregunta, no dude en publicarla.

¡Gracias!

* Cuando digo 'maximizar el rango de voltaje', lo que quiero decir es que debería ser capaz de cubrir todos los valores (0 a 5 voltios) y esto debería ser para el voltaje final que emite el amplificador operacional (v_out en el diagrama y la salida final variará debido a la resistencia variable, que es el sensor, según yo).

** No he incluido un diagrama de mis esquemas porque realmente no sé cómo se verá el circuito final. Debería haber un divisor de voltaje, pero como no sé cómo se verá (por ejemplo, habrá varios divisores de voltaje o uno solo), no lo he incluido.

    
pregunta James Moriarty

1 respuesta

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Creo que la fórmula que mostró para el circuito OpAmp no coincide con el circuito que ha dibujado. Creo que para tu circuito debería ser

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

$$ V_ {out} = \ left (\ frac {R_f + R_1} {R_1} \ cdot \ frac {R_g} {R_2 + R_g} \ right) V_2 - \ frac {R_f} {R_1} V_1 = G_2 \ cdot V_2 - G_1 \ cdot V_1 $$ Para la mejor supresión del modo común, queremos que \ $ R_f = R_g, R_1 = R_2 \ $ y por lo tanto \ $ G_1 = G_2 = G = \ frac {R_f} {R_1} \ $.

Tenga en cuenta que la mayoría de los libros de texto que conozco designarán su \ $ R_1 \ $ as \ $ R_g \ $, pero seguiré con su notación.

Para el voltaje \ $ V_B \ $, asumiendo que la carga es despreciable, es decir, R1, R2 > > RA, RB, RC, RD, obtenemos los valores $$ V_ {B, min} = \ frac {R_ {B, min}} {R_ {B, min} + R_A} V _ + \\ V_ {B, max} = \ frac {R_ {B, max}} {R_ {B, max} + R_A} V _ + \\ V_ {1} = \ frac {R_ {D}} {R_ {D} + R_C} V _ + \\ $$

Ahora queremos asegurarnos de que para VB, como mínimo obtenemos Vout = 0V (con V + = 5V): $$ (V_ {B, min} -V_1) G = V_ {o, min} = 0V \ quad \ Rightarrow V_1 = V_ {B, min} $$ y para VB, max queremos Vout = V + = 5V $$ (V_ {B, max} -V_1) G = V_ {o, max} = V_ + \ quad \ Rightarrow G = \ frac {V _ +} {V_ {B, max} - V_1} = \ frac {5V} { V_ {B, max} - V_ {B, min}} $$

Eso te deja seleccionando \ $ R_f \ $ y \ $ R_A, R_C, R_D \ $.

Para \ $ R_f \ $ debe consultar la hoja de datos del opamp, para que se encuentre dentro del rango recomendado. Por lo general, estará en el rango de \ $ \ gt 1 \ text {k} \ Omega \ $. Tenga en cuenta también que necesita un amplificador con capacidad de salida de riel a riel.

Para \ $ R_A \ $ debe considerar su elemento sensor \ $ R_B \ $ y averiguar la corriente recomendada.

Si no puede asegurar \ $ R_1 \ gg R_A, R_B \ $ puede usar un amplificador de instrumentación. Luego puede eliminar R1, R2 y conectar V1, VB directamente a las entradas de los amplificadores de instrumentación. Luego, debe ajustar la ganancia del amplificador de instrumentación al valor G que calculamos.

Para simetría y supresión de modo común, es preferible tener RC, RD en el mismo rango que RA, RB. p.ej. puede seleccionar RC = RA, RD = RB, min

    
respondido por el cx05

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