Преобразователь ток-напряжение. INA118 не?, проблема элегантного преобразования Опции

[Dominikanez]

Сразу оговорюсь, что с аналоговой схемотехникой почти не дружу.
Встала остро задача перейти с датчиков давления с пропорциональным выходом по напряжению (от 0,5 В до 4,5 В) на датчики давления с токовым выходом, двухпроводные (от 4 мA до 20 мА).
Вкратце: надо преобразовать ток 4 мA ... 20 мA в напряжение 0,5 В ... 3,321 В (рабочие диапазоны по давлению у разменяемых датчиков различны).
За неделю были обсосаны различные комбинации схем с неинвертирующими ОУ, у которых надо подбирать смещение (опорное напряжение) и КУ, что подводит под розыск точных и взаимозависимых номиналами резисторов. Под занавес у меня родилась идея использовать инструментальный ОУ INA118, что сократило выставление смещения (применил составной шунт).
Во вложении получившаяся схема с показаними напряжения на выходе при двух значениях тока (4 и 20 мА). Схема кажется идеальной в плане количества и номиналов использованной рассыпухи.
Главный вопрос - имеет ли эта схема право на жизнь? Какие подводные камни в данной реализации?
Мой друг, занятой, но опытный в аналоговой схемотехнике сказал, что не может понять логику работы схемы и поэтому ничего сказать не может. А схема в симуляторе и в железе работает, проверял на рабочем датчике.
Примечания к схеме: датчик двухпроводный, питание от 9 В (он смоделирован источником тока). Шунт разбит на 2 части для обеспечения нижнего минимального входа INA118, т.о. верхняя часть шунта - рабочая.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Логика работы схемы вполне проста и понятна, кроме одного момента. Откуда и для чего у Вас резистор R4?

[Dominikanez]

Логика работы схемы вполне проста и понятна, кроме одного момента. Откуда и для чего у Вас резистор R4?

Это почти самый главный вопрос. Мне его мой друг и задал в первую очередь.
Я его поставил по наитию (я оговорился же, что с аналоговой сх-кой у меня не лады), пытаясь сделать Ku нелинейным по диапазону.
Чудом он вышел таким же номиналом, что и R3.

[Herz]

Я его поставил по наитию (я оговорился же, что с аналоговой сх-кой у меня не лады), пытаясь сделать Ku нелинейным по диапазону.
Чудом он вышел таким же номиналом, что и R3.

Ну, надо было б почитать в этом случае что-нибудь про ИУ, хоть даташит тот же. А то, когда нелады, на наитие полагаться неразумно...

[Dominikanez]

Ну, надо было б почитать в этом случае что-нибудь про ИУ, хоть даташит тот же. А то, когда нелады, на наитие полагаться неразумно...

Спасибо за RTFM, искренне. Ходил, не раскурилось.
Можно Вас отвлечь для помощи, для вникания в суть?

[Herz]

Спасибо за RTFM, искренне. Ходил, не раскурилось.
Можно Вас отвлечь для помощи, для вникания в суть?

Да всегда пожалуйста, спрашивайте. В "Искусстве схемотехники" азы построения и работы ИУ доступно изложены:

Если есть интерес, возьмите книжку, почитайте. Начинающему в аналоговой технике будет полезно. Если нет, просто выбросьте тот резистор злополучный.

[Dominikanez]

В ... построения и работы ИУ доступно изложены:
Если есть интерес, возьмите книжку, почитайте. Начинающему в аналоговой технике будет полезно. Если нет, просто выбросьте тот резистор злополучный.

а) Ага. Понятно изложена работа ИУ.
б) Интерес есть, почитал.
в) Резистор выкинуть не получается, желаемый результат с этим не достигается.
...
г) в свете п.п. а..в требуется разъяснение влияния моего фантомного резистора на работу конкретного ИУ, с вполне конкртеным внутренним устройством. ХиХ не углублялись в этот факт.
Вы забыли, что я профан в аналоговой съхемотехнике? Я на форум для того и ораторствую, чтобы получить конкретные притязания по конкретной схеме. Если бы решение проблемы было в прочтении N-го количества страниц литературы, то не было бы форума, в который я пишу? Нет?

Сообщение отредактировал Dominikanez - Oct 9 2010, 16:28

[Herz]

а) Ага. Понятно изложена работа ИУ.
б) Интерес есть, почитал.
в) Резистор выкинуть не получается, желаемый результат с этим не достигается.

То есть что значит "не достигается"? Что именно не так?

г) в свете п.п. а..в требуется разъяснение влияния моего фантомного резистора на работу конкретного ИУ, с вполне конкртеным внутренним устройством. ХиХ не углублялись в этот факт.
Вы забыли, что я профан в аналоговой съхемотехнике? Я на форум для того и ораторствую, чтобы получить конкретные притязания по конкретной схеме.

С чего Вы взяли, что следует это так часто напоминать? Мне, мол, буквари не указ?
Резистор, который Вы добавили в схему, создаёт положительную обратную связь, несколько увеличивает усиление, но снижает её устойчивость и повышает склонность к самовозбуждению. Детально анализировать его влияние, как и других попыток нестандартного включения компонентов по принципу: "а что будет, если..." не вижу смысла.

Если бы решение проблемы было в прочтении N-го количества страниц литературы, то не было бы форума, в который я пишу? Нет?

Это вопрос весьма неоднозначный...

[Dominikanez]

Херз, у Вас будут конкретные замечания в разрезе поставленной задачи по конкретной схеме? Или мне еще поспать на крышке парты? Что в ней будет работать не так, как обусловленно в вводном, в первом, посте топика? Или может "так", но с какими-то отклонениями?
Если уж Вы так требовательны к фактору отсылки к классике жанра, то спрошу: какому принципу построению схем на ОУ противоречит данная? По каким критериям её следует отнести к "нерабочим" схемам? У ХиХ есть в каждой главе такие разделы: примеры удачных и неудачных решений. Вы к какому разделу мою схему отнесёте? Почему?

[VCO]

Не моё теперь дело, конечно,
но ни в Datasheet  ina118.pdf ( 386.99 килобайт ) Кол-во скачиваний: 356
ни в Application Note  slyt226.pdf ( 177.85 килобайт ) Кол-во скачиваний: 386
резистор в ОС не ставят, да и странно было бы, если бы поставили. В инструментальных усилителях почти все резисторы, задающие режимы работы ОУ, находятся внутри.

[rezident]

У топикстартера в схеме присутствует типичная ошибка, он пытается одним компонентом схемы сделать сразу два преобразования: 1) изменить угол наклона характеристики преобразования и 2) задать ее смещение. Если он осознает эту ошибку, то думаю правильное решение найдется тут же

[Herz]

Херз, у Вас будут конкретные замечания в разрезе поставленной задачи по конкретной схеме? Или мне еще поспать на крышке парты? Что в ней будет работать не так, как обусловленно в вводном, в первом, посте топика? Или может "так", но с какими-то отклонениями?
Если уж Вы так требовательны к фактору отсылки к классике жанра, то спрошу: какому принципу построению схем на ОУ противоречит данная? По каким критериям её следует отнести к "нерабочим" схемам? У ХиХ есть в каждой главе такие разделы: примеры удачных и неудачных решений. Вы к какому разделу мою схему отнесёте? Почему?

Доминиканез, я Ваших наездов не пойму. Я попытался Вам помочь, не поленился привести выдержки из книги, поясняющие теорию работы инструментальных усилителей, к которым относится выбранный Вами компонент. Не потому, что мне было лень разжёвывать Вам азбуку, а потому, что доступнее, вернее и аргументированнее у меня не получилось бы. Для просветления в голове посоветовал и саму книгу взять в руки. Если оно, это просветление, желаемо. Удивительно быстро Вы проштудировали материал, судя по реакции... Вашу конкретную схему я однозначно отнёс к неудачным и вроде объяснил, почему. Вы хотите разобраться или получить готовый результат? На каждый из вариантов я предложил Вам решение.
Может, это Вы всё-таки объясните, почему Вас не устраивает традиционное включение усилителя, рекомендованное в первоисточниках? От ответа на этот, самим собой напрашивающийся вопрос, Вы почему-то уклонились....

У топикстартера в схеме присутствует типичная ошибка, он пытается одним компонентом схемы сделать сразу два преобразования: 1) изменить угол наклона характеристики преобразования и 2) задать ее смещение. Если он осознает эту ошибку, то думаю правильное решение найдется тут же

Да нет, в этом нет крамолы. Задавая смещение таким образом, он меняет уровень синфазного, но усилитель справляется. Ошибка будет, но вряд ли ощутима.

[rezident]

Да нет, в этом нет крамолы. Задавая смещение таким образом, он меняет уровень синфазного, но усилитель справляется.

ИМХО по входу Ref смещать выход инструментальника как-то более естественно.

[Herz]

ИМХО по входу Ref смещать выход инструментальника как-то более естественно.

Выход - да, но нужно было сместить вход, чтобы попасть в диапазон допустимых входных напряжений. Входы ведь не от rail...

[rezident]

Выход - да, но нужно было сместить вход, чтобы попасть в диапазон допустимых входных напряжений. Входы ведь не от rail...

Да я это понимаю, но сместить-то нужно и по входу и по выходу. У топикстартера выходной сигнал от 0,5В вроде как, а не от нуля. К тому же на входе два противоположных смещения д.б. 1) в плюс, чтобы попасть в диапазон синфазных напряжений при униполярном питании инструментальника и 2) в минус, чтобы сместить характеристику датчика (вычесть 4мА).

[Tanya]

Я его поставил по наитию (я оговорился же, что с аналоговой сх-кой у меня не лады), пытаясь сделать Ku нелинейным по диапазону.

Что Вы понимаете под нелинейностью? Зачем она Вам?
В данном случае возможна только кусочно-линейная зависимость (нелинейная) при условии насыщения чего-нибудь внутри.
Вам же нужен был другой вид преобразования - линейное преобразование координат - растяжение и смещение. Второе недостижимо в Вашей схеме. В линейном режиме.

[GetSmart]

Резистор, который Вы добавили в схему, создаёт положительную обратную связь, несколько увеличивает усиление, но снижает её устойчивость и повышает склонность к самовозбуждению. Детально анализировать его влияние, как и других попыток нестандартного включения компонентов по принципу: "а что будет, если..." не вижу смысла.

Это из серии - "видишь смысл? - А он есть"
Можно поподробней, где там резистор создаёт ПОС? Мне видится только ООС.
Криминала в схеме я не вижу. Но и линейность/нелинейность о которой молвит автор тоже не пойму. График бы Vin/Vout не помешал бы.

[Herz]

Это из серии - "видишь смысл? - А он есть"
Можно поподробней, где там резистор создаёт ПОС? Мне видится только ООС.
Криминала в схеме я не вижу. Но и линейность/нелинейность о которой молвит автор тоже не пойму. График бы Vin/Vout не помешал бы.

Да, Вы правы. Мне показалось, что резистор соединён с выводом 1, а не 8. А нелинейность, скорее всего, из-за того, что нарушена симметричность схемы и, как следствие, пострадал КОСС. При увеличении тока растёт синфазное напряжение и, соответственно, ошибка.

[subver]

Попытался честно посчитать схему с учетом внутренней сруктуры INA118, имея в виду идеальные ОУ. Так вот схема по расчетам получается линейная. Видимо в реале какой то из параметров вылазит из линейной области и получается такой вот результат.

[Dominikanez]

Спасибо всем, кто отписался и сделал замечания. Я понял ошибочность своих действий. Поставленную задачу буду теперь пытаться решить более подкрепленными теорией способами.

[telenet]

Спасибо всем, кто отписался и сделал замечания. Я понял ошибочность своих действий. Поставленную задачу буду теперь пытаться решить более подкрепленными теорией способами.

Подскажите, можно ли аналогичную задачу решить на К140УД8А?
Мне нужно сигнал от датчика давления 4-20мА/12В преобразовать в напряжение в диапп. 0-5В. Сигнал отрицательные значения принимать не может.
Спасибо.

[Tanya]

Подскажите, можно ли аналогичную задачу решить на К140УД8А?

А точность Вы какую хотите? И почему именно этот(и) ОУ?

[telenet]

А точность Вы какую хотите? И почему именно этот(и) ОУ?

не высокую, разумеется. Просто эта микросхема имеется уже в наличие.

[Tanya]

не высокую, разумеется. Просто эта микросхема имеется уже в наличие.

А точнее про точность Вы не сочли бы за труд написать? Я вот такие микросхемы уже давно не использую и Вам не советую.

[telenet]

А точнее про точность Вы не сочли бы за труд написать? Я вот такие микросхемы уже давно не использую и Вам не советую.

несколько процентов - например, 5%

[telenet]

А точнее про точность Вы не сочли бы за труд написать? Я вот такие микросхемы уже давно не использую и Вам не советую.

А что посоветуете? Именно для этой цели?

[Tanya]

А что посоветуете? Именно для этой цели?

Какой-нибудь современный в стандартном корпусе, имеющий нормальное описание...
R-R по входу и выходу и с малым потреблением.
Таких полно.

[rudy_b]

Что-то я не понял, какие проблемы? Простенькая схемка без всяких оперов решает вашу задачу.