Conversão de nível de tensão analógica (mudança de nível)

Eu tenho um joystick que coloca tensão analógica em algum lugar entre 1.5V e 3.5V.

Quero transformar essa faixa de tensão para controlar um controlador de motor que tome tensão analógica entre 0V e 5V.

Como altero o nível e amplifico corretamente?

— jfenwick
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Não existe um microcontrolador intermediário? Nesse caso, basta usar um ADC.

— Sptrks 26/04/12

Eu acho que você pode querer explicar o que exatamente você quer fazer aqui. Você está tentando escalar uma tensão analógica de 1.5V-3.5V a 0V-5V? Você está tentando converter uma voltagem analógica para alguma saída digital?

— bjthom

Um conversor de impulso poderia ajudá-lo a passar de 3,5 V até 5 V, mas não no que vai de 1,5 V para baixo a 0 V. Seu ganho é sempre maior ou igual a 1.

— Telaclavo

@Telaclavo um impulso não é útil aqui, já que ele é usado para alimentação, mas assumimos que ele tem uma oferta maior que 3,5 V.

— clabacchio

Sabemos que essas são tensões analógicas. Qual é o seu suprimento?

— clabacchio

Respostas:

Você deseja um ganho simples de 5/2 = 2,5 centrado em torno de 2,5 V. Isso é fácil, desde que você tenha uma potência de 5 V disponível, como no controlador do motor:

Isso precisa ser um opamp de saída trilho a trilho que pode funcionar com potência de 5 V, como o MCP6041 e muitos outros. R1 e R2 formam um divisor de tensão para fazer os 2,5 V em torno dos quais o sinal de entrada será amplificado. O C2 atenua o ruído da fonte de 5V ainda mais do que o DC para obter um nível de CC silencioso e suave. O opamp está em uma configuração clássica de ganho positivo, com R4 e R3 configurando o ganho. A impedância da fonte de 2,5 V produzida por R1 e R2 efetivamente se soma a R3 para fins de ganho, mas essa é uma pequena contribuição de 1,2 kΩ em 100 kΩ. O ganho será um pouco menor que 2,5.

— Olin Lathrop
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+1. Mais precisamente, a saída rail-to-rail (entrada rail-to-rail não é necessário aqui)

— Jason S

@Jason - Fixed.

— Olin Lathrop

Como você selecionou os valores para R1 e R2?

— 23412 Abdullah

@abdullah: Como o fornecimento é de 5 V e o objetivo é produzir 2,5 V, uma restrição era R1 = R2. A outra opção foi qual deveria ser a impedância da fonte de 2,5 V, que é R1 // R2. Menor é melhor, mas menor também significa mais atual. Eu senti que 100 kOhm estava tão alto quanto eu queria ir com o R3 para manter o ruído perdido. 1,2 kOhms parecia uma impedância baixa o suficiente em relação a isso e consome cerca de 1 mA da fonte de 5V, o que parecia razoável.

— Olin Lathrop

@jfenwick: Não sei dizer o que você acha que essas equações significam sem os termos que definem corretamente, como "Anúncio". Além disso, parece que você pode ter perdido o fato de que há feedback negativo neste circuito, o que define o ganho. O ganho de malha aberta do opamp é tão grande que não importa o ganho do circuito de malha fechada. Não vejo 5V e GND se unindo em lugar nenhum. Você terá que ser mais específico com menos movimento das mãos.

— amigos estão dizendo

Isso é possível com apenas um amplificador operacional. O que você está tentando fazer é mudar de nível e amplificar . Costumávamos fazer isso o tempo todo. Eles são úteis em robôs nos quais você possui um sensor com uma pequena faixa de saída de tensão analógica e deseja expandir o balanço de tensão para obter a resolução máxima do seu ADC.

Geralmente, os fazemos com deslocamento e ganho variáveis, para que possamos ajustá-los para cada sensor no robô.

Amplificador operacional: mudança de nível variável e amplificação

Tendo acertado suas configurações, você sempre pode medir as resistências dos potes e usar resistores de valor fixo.

Ou você pode calcular os valores diretamente:

Mudança de nível do amplificador operacional e amplificação

Há uma calculadora on - line para ajudá-lo a calcular os valores do resistor.

— Rocketmagnet
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Correta, mas ele precisa fornecer suas tensões de alimentação

— clabacchio

@clabacchio - Verdadeiro. Mas acho que podemos assumir que há 5v disponíveis.

— Rocketmagnet

Observe que isso se inverte. Isso pode ser um problema na interface do usuário se o joystick tiver que ser movido oposto à direção intuitiva para aumentar a velocidade do motor.

— amigos estão dizendo

Obrigado por apontar que isso é chamado de mudança de nível.

— precisa saber é o seguinte

Ao contrário do que Cybergibbons diz, é uma eletrônica analógica bastante simples. Mas você precisa especificar qual fonte você pretende usar para o seu circuito.

Você precisa de um circuito que reduza seu sinal de modo comum (1,5 V) a 0 e aplique um ganho de 5/2 = 2,5 ao restante. Você pode fazer isso facilmente com um shifter de nível baseado em Op-Amp com algum ganho.

Uma solução é usar um subtrator analógico com uma tensão de referência colocada em 1,5 V, uma solução ainda mais simples é apenas um amplificador não inversor com a referência no lugar certo.

Este circuito fará o trabalho:

insira a descrição da imagem aqui

_{^{O Opamp é apenas o padrão no simulador, você pode precisar de outro, dependendo do suprimento.}}

$\dfrac{R_1 + R_2}{R_2}$

— clabacchio
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É simples se você estiver apenas desenhando um esquema - a complicação vem com a exigência de que o sinal deve ir de 0 a 5V e é uma entrada para um controlador de motor. 0.05V não é suficiente - portanto, ele precisa de um opamp de fornecimento dividido. Isso significa que você precisa fornecer um suprimento dividido, o que é muito esforço adicional.

— Cybergibbons

@ Cybergibbons nem tanto, dependendo do que ele tem; e, usando amplificadores operacionais trilho a trilho, ele também pode fazer o trabalho sem ele.

— Clabacchio

Possivelmente. Fui ensinado que confiar no desempenho ferroviário é um pouco de não para controle por alguns motivos. Em primeiro lugar, o trilho para trilho nunca é realmente trilho para trilho - os opamps com melhor desempenho atingem cerca de 10 mV, o que pode causar problemas. Segundo, eles não são tão lineares nessa região. Terceiro, se você carregar a saída, o desempenho do trilho para o trilho fica muito pior (um controle de motor pode carregar a saída - não sabemos). Obviamente, se o controlador do motor tiver uma banda morta, isso não importa.

— precisa saber é o seguinte

@ Cyybibbons bem, sobre a degradação do desempenho, você pode estar certo (não sei), mas a Analog Devices possui amplificadores operacionais trilho a trilho que variam de 2-5 mV (max) a partir dos trilhos. Mas esse problema não existe se ele tiver fornecimento de 12 V, por exemplo, portanto, depende de como ele deseja fornecê-lo. Sobre a capacidade de dirigir, ele pode usar outro amplificador operacional para armazenar o sinal, desde que ele tenha o suprimento correto.

— Clabacchio

@ Cyybibbons - É mais provável que um pino de saída PWM do processador chegue a 10mV do solo - mesmo no ciclo de trabalho de 0%?

— 26412 MikeJ-UK