nota importante:
esta resposta foi publicada para resolver o problema de entrada de -20V a + 20V , porque foi isso que foi solicitado. É um método inteligente, mas não funciona se o limite de tensão de entrada permanecer entre os trilhos.
Você precisará escalar a tensão com um divisor de resistor para obter uma tensão entre -2,5V e + 2,5V e adicionar 2,5V. (Presumo que uma fonte de alimentação de 5V para o seu PIC).
O cálculo a seguir parece longo, mas isso é apenas porque explico cada etapa em detalhes. Na realidade, é tão fácil que você pode fazer isso em sua cabeça em pouco tempo.
Primeiro isso:
R1 é o resistor entre e ,
R2 é o resistor entre e e
R3 é o resistor entre e . V O U T + 5 V V O U T V O U T G N DVEuNVO UT
+ 5 VVO UT
VO UTG ND
Quantas incógnitas temos? Três, R1, R2 e R3. Não é bem assim, podemos escolher um valor livremente, e os outros dois dependem desse. Vamos escolher R3 = 1k. A maneira matemática de encontrar os outros valores é criar um conjunto de duas equações simultâneas a partir de dois pares ( , ) e resolver os valores desconhecidos do resistor. Qualquer par ( , ) serve, mas veremos que podemos simplificar tremendamente as coisas escolhendo cuidadosamente esses pares, ou seja, os valores extremos: ( , ) e ( , ). V O U T V I N V O U T + 20 V + 5 V - 20 V 0 VVEuNVO UTVEuNVO UT+ 20 V+ 5 V−20V0V
Primeiro caso: ,
Observe que (e essa é a chave da solução!) Ambas as extremidades do R2 vêem , portanto não há queda de tensão e, portanto, nenhuma corrente R2. Isso significa que deve ser o mesmo que (KCL). .
Conhecemos a corrente através de R1 e também a tensão sobre ela, para podermos calcular sua resistência: .
Encontrou o nosso primeiro desconhecido! V O U T = + 5 V + 5 V I R 1 I R 3 I R 3 = + 5 V - 0 VVIN=+20VVOUT=+5V
+5VIR1IR3
R1=+20V-5VIR3=+5V−0V1kΩ=5mA=IR1
R1=+20V−5V5mA=3kΩ
Segundo caso: ,
A mesma coisa com o R2 acontece agora com o R3: sem queda de tensão, portanto, sem corrente. Novamente, de acordo com a KCL, agora = . .
Conhecemos a corrente através de R2 e também a tensão sobre ela, para que possamos calcular sua resistência: .
Encontrou o nosso segundo desconhecido! V O U T = 0 V I R 1 I R 2 I R 1 = - 20 V - 0 VVIN=−20VVOUT=0V
IR1IR2
R2=+5V-0VIR1=−20V−0V3kΩ=6.67mA=IR2
R2=+5V−0V6.67mA=0.75kΩ
Portanto, uma solução é: . R1=3kΩ,R2=0.75kΩ,R3=1kΩ
Como eu disse, é apenas a relação entre esses valores que é importante, então é melhor escolher .
Podemos verificar esta solução em relação a outro par ( , ), por exemplo ( , ). R1 e R3 agora são paralelos (ambos têm + 2,5V-0V sobre eles, portanto, quando calculamos seu valor combinado, encontramos , exatamente o valor de R2 e o valor necessário para obter de ! Portanto, nossa solução está realmente correta. [O selo QC vai aqui]R1=12kΩ,R2=3kΩ,R3=4kΩ
VINVOUT0V2.5V0.75kΩ+2.5V+5V
A última coisa a fazer é conectar ao ADC do PIC. Os ADCs geralmente têm resistências de entrada bastante baixas, portanto isso pode atrapalhar nosso equilíbrio cuidadosamente calculado. Nada para se preocupar, no entanto, basta aumentar o R3 para que . Suponha que , então A partir disso, encontramos . R 3 / / R A D C = 1 k Ω R A D C = 5 k Ω 1VOUTR3//RADC=1kΩRADC=5kΩ R3=1,25kΩ11kΩ=1R3+1RADC=1R3+15kΩR3=1.25kΩ
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OK, isso foi inteligente e muito simples, mesmo que eu diga. ;-) Mas por que isso não funcionaria se a tensão de entrada permanecer entre os trilhos? Nas situações acima, sempre tivemos um resistor que não tinha corrente fluindo através dele, de modo que, seguindo o KCL, a corrente que entra no nó por meio de um resistor sai pelo outro. Isso significava que uma tensão tinha que ser maior que e a outra menor. Se ambas as tensões forem mais baixas, a corrente fluirá apenas para fora desse nó, e a KCL proíbe isso. V O U TVOUTVOUT