¿Cómo calcular los valores de resistencia para un circuito de prueba Foot Strap usando un comparador de ventana?

Así que terminé haciendo esto de una manera diferente. La "respuesta" a mi pregunta fue usar resistencias variables, y no molestarme en calcular los valores de resistencia en absoluto. Más específicamente, terminé usando chips más complicados, LM3914, que están configurados para iluminar un conjunto de 10 LEDs cada uno. Encadené dos de ellos según las instrucciones en su hoja de datos, luego coloqué una resistencia de 1 Mhm en el circuito y puse las resistencias variables en uno de los chips LM3914 para que todos menos uno de los LED estuvieran encendidos; luego coloque una resistencia de 10 Mhm en el circuito y configure las resistencias variables que van al otro chip de modo que solo se encienda uno de los LED. Dejé estas resistencias en la caja de prueba, conectadas a los interruptores, para que la precisión de la caja de prueba se pueda verificar durante todo el ciclo de vida de la batería de 9 V que alimenta el circuito.

Esto ha estado funcionando bastante bien.

El voltaje en el pin 2 del LTC1042 es el centro de la ventana, y el voltaje en el pin 5 es la mitad El ancho de la ventana. En su circuito, el pin 2 está configurado a 2V por el diodo Zener D1, por lo que el centro de la ventana es 2V.

R6 y R8 forman un divisor de voltaje con una relación de (R6 + R8) / R8 = (180k + 20k) / 20k = 10. El divisor es alimentado por 2V, por lo que su voltaje de salida es 2V / 10 = 0.2V . Esto es la mitad del ancho, por lo que la ventana es 2V + -0.2V = 1.8V a 2.2V.

Algunas otras opciones de componentes en tu circuito son desconcertantes.

El propósito de R11 no está claro. El pin 2 tiene una corriente de polarización baja pero mal definida de + -0.3nA, por lo que la adición de resistencia en serie no alteraría de manera predecible el centro de la ventana. La hoja de datos no muestra ningún ejemplo de resistencia insertada entre el pin 2 y el voltaje central de la ventana. El único propósito útil que se me ocurre es filtrar el ruido, pero esto requeriría agregar un capacitor a tierra.

La tensión de polarización en el pin 3 se establece (a través de R2 y R7) a la mitad de la tensión de alimentación, es decir. 2.5V. La resistencia de Thevenin equivalente en este momento es de solo 10K || 10K = 5k & ohm ;, por lo que una resistencia de la correa para el pie que varía de 1M & ohm; a 10M & ohm; Tendrá poco efecto sobre la tensión. 1M & ohm; a tierra solo bajará el voltaje de entrada a 2.488 V, lo que está muy lejos de su ventana, mientras que 10M apenas lo moverá a 2.4988V.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Para mejorar la sensibilidad, la resistencia al sesgo debe ser mucho mayor. Sin embargo, los valores sobre 10K & ohm; Comience a introducir el error de muestreo, por lo que se recomienda un capacitor de derivación de entrada o un amplificador de búfer de entrada (consulte la hoja de datos, página 5). La combinación de cableado largo y conexión a un cuerpo humano probablemente introducirá una gran cantidad de EMI (especialmente en las frecuencias de red y baja frecuencia) que un capacitor de bypass de entrada ayudaría a reducir.

R3 ajusta la frecuencia de muestreo al máximo posible (~ 10KHz). Esto reduce la impedancia de entrada efectiva y aumenta el error causado por la alta resistencia de la fuente. No veo ninguna ventaja en tener una tasa de muestreo tan alta. 100Hz debería ser suficiente y aumentaría la impedancia de entrada efectiva a más de 100M & ohm ;.

Ha estabilizado los voltajes de la ventana con un diodo Zener, pero el voltaje de polarización de entrada está determinado por el voltaje de suministro. Esto significa que cualquier variación en el voltaje de suministro afectará el voltaje de entrada en relación con su ventana. Podría ser mejor eliminar el Zener y derivar los voltajes de la ventana directamente del voltaje de alimentación.

Alternativamente, puede usar un TL431 'regulador de derivación de precisión' para estabilizar la tensión de polarización a 2.5 V (con una resistencia de polarización simple desde allí hasta la entrada) y divida este voltaje hacia abajo para producir el centro y el ancho / 2 voltajes. En comparación con un Zener de bajo voltaje, el TL431 es mucho más preciso y tiene un coeficiente de temperatura más bajo.

Si desea detectar resistencias de banda dentro de un rango particular (por ejemplo, 1-10M & ohm; = verde, < 1M & ohm; o > 10M & ohm; = rojo), entonces necesita calcular los voltajes de entrada eso ocurrirá y establecerá los parámetros de la ventana para que coincidan.

Por ejemplo, si la resistencia de polarización efectiva es 500k (R2 y R7 = 1M, o una resistencia de 500K conectada a 2.5V) entonces con 10M a tierra, tiene un divisor de voltaje que cambia el voltaje de entrada a 2.5V / (10M + 500K) / 10M = 2.38V, mientras que 1M lo cambiará a 2.5V / (1M + 500K) / 1M = 1.67V.

^{simular este circuito}

Para detectar este rango, usaría dos divisores de voltaje que configuran el ancho de la ventana / 2 a (2.38V-1.67V) / 2 = 0.355V y el centro a 2.38V-0.355V = 2.025V. En lugar de calcular los valores de resistencia y luego tener que encontrar resistencias de precisión para hacerlos coincidir, puede ser más fácil simplemente instalar dos trimpots multiturno y Ajústelos a los voltajes requeridos.