Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здравствуйте. У меня проблема с дифференциальным усилителем. Необходимо измерять СКЗ переменного напряжения частой от 50 Гц до 30 кГц. Для этого выбрана схема с входным делителем напряжения. Резистор R3 в делителе определяет диапазон входного напряжения. Нагрузкой усилителя служит АЦП микроконтроллера. Выбрано 4 диапазона измерения: без резистора R3, R3=100кОм, R3=12кОм, R3=1.8кОм. В первых двух случаях во всем диапазоне частот напряжение измеряется без погрешности, при установке R3 с низким номиналом возникает погрешность измерения напряжения (занижение/завышение показаний в зависимости от частоты). Выбран опреационный усилитель AD8605 с полосой 10 МГц и SR=5 В/мкс. В чем может быть причина такой работы схемы?

Скорее всего, существует дополнительная гальваническая или емкостная связь между источником напряжения и землёй схемы
Посмотрите с учётом этой связи, какое синфазное напряжение набегает. А там сразу увидите, что на входах ОУ.

У Вас проблема в симуляторе или в железе?

Проблема в железе, в симуляторе как раз все замечательно)

Как же Вы считаете среднеквадратичное значение?
И схема у Вас очень подозрительная. Вы ее где взяли?

СКЗ считает микроконтроллер, АЦП которого и нагружает выход схемы. А в чем подозрительность?) Схему дифференциального усилителя взял из книги автора Забродина "Промышленная электроника", со схемой делителя затрудняюсь ответить

ad8605 питается от 2,7В

Пробовал питать от 3.3 В с сохранением средней точки 1.25 В, результат тот же

Не пробовали уменьшить резисторы R4-R7 раз в 10?

1) Об источнике сигнала ничего не написано
2) Емкость входов этого ОУ 8,8 пФ ( для синфазного сигнала ), что в совокупности с сопротивлениями по 200 кОм может создать ФНЧ с частотой среза порядка 90 кГц или фазовые сдвиги в цепи ОС, что может привести к выбросам АЧХ.

Ник Herz логично подозревает.

Надо учитывать выходное сопротивление истоника
Оно может быть несимметричным для + и -
Отсюда и усилитель не дифференциальный а с усилением по синфазному сигналу
Попробуйте R5 и R7 cделать 100к тогда при 1.8к возможно будет лучше

Скорее всего, синфазный сигнал просто улетел за рабочий диапазон.
И оять же, всё это меет смысл при наличии доп. эл. связи между источником и землёй схемы ДУ.
Доп. связь может быть, паразитной, по землям, и т.д.

Вы скажите - как изменяются показания с R3=1.2K на частотах 1, 10, 20 , 30 кГц. ?

Давайте при R3=1.8кОм, подаю 70В
Показания при:
1кГц=70.0379В
10кГц=65.2267В
20кГц=40.8268В
30кГц=17.8016В
Меняю полярность сигнала и получаю:
1кГц=70.1754В
10кГц=68.9372В
20кГц=46.9440В
30кГц=54.9856В

Вот-вот.
А зачем Вам все это измерять?
И еще - как считаете среднеквадратичное значение?

СКЗ считаю как корень из среднего квадрата выборок АЦП, частота дискретизации около 96 кГц

Таким образом, кроме всего прочего, у Вас возможны биения...
Зачем Вам это измерять нужно и с какой точностью?

На АЦП выбран непрерывный режим преобразования, выборки накапливаются за секунду,поэтому погрешность связанная с частотой дискретизации минимальна. Мне необходима точность 1.5% в диапазоне 10-100% входного сигнала.

Нет, Вы не отвечаете на вопросы...
Зачем Вам все это? Это одна штука или серия? Почему Вы выбрали относительно медленный ОУ с таким низким питанием? Почему Вы выбрали такую странную схему?

Давайте отделим мух от котлет... Вы действительно видите изменение выходного сигнала на осциллографе, на выходе ОУ? Если нет, то проблема АЦП.

А не возбуждается ли операционник? Это иногда происходит при большой емкости на инвертирующем входе.

Да, действительно, что там на осциллографе? Положительный вход ОУ тоже неплохо бы посмотреть.

Да ни при чём здесь АЦП. И операционник не возбуждается. Дифусилитель, собранный на чём попало, так и должен себя вести.

Чего здесь копить-то, когда всё на ходу можно обсчитать, а усилитель заменить двумя резисторами делителя.

Это одна штука) Когда выбирал ОУ согласно расчета SR и полосы он меня удовлетворял, низкое питание для снижения потребления и есть ограниченный выбор точных стабилизаторов для средней точки и опоры АЦП. Схема мне не кажется странной, по-моему достаточно дешевый вариант для моей задачи. Что Вам кажется странным?


Действительно вижу на выходе ОУ



Наверное нужно было сразу сказать что сигнал будет амплитудно модулированным частотой 8 Гц, и для правильного расчета СКЗ с учетом паузы необходимо накапливать выборки хотя-бы за 125 мс, секунда выбрана для повышения точности. А Вы не могли бы на ходу обсчитать для примера? А как двумя резисторами делителя подавить синфазную помеху?


Вы не могли бы дать пару советов как собрать не на чем попало? Я уменьшил номинал 200 кОм до 20 кОм - результат положительный, хотелось бы понимать почему) Опыта и знаний в этой области мне катастрофически не хватает, поэтому и обратился за помощью)

Тогда цена для Вас вопрос второстепенный...
Улучшилось из-за уменьшения влияния паразитных конденсаторов в Вашей схеме.
Низковольтное питание в данном случае плохо - наводки или синфазное напряжение (скачки) могут привести к зашкалу по питанию.
Возьмите честный аналоговый умножитель - ad734 или др. Или схемы для счетчиков... Не знаю. какие подойдут для Ваших частот.
Это самое простое. Или разберите какой-нибудь мультиметр FLUKE или подобный с TRUE RMS. Я вот не знаю, что там у новых внутри. У старых стационарных честные умножители стояли.
Или сделайте нормальный частотно-компенсированный делитель. Щуп осциллографа видели?
А зачем у Вас квазидифференциальная схема?

1) выбираете МК, способный это обсчитать;

2) соединяете его общий провод с общим сигнала;

3) согласовываете, при необходимости, его питание и интерфейс с прочими схемами.

МК выбран dsPIC30F2011? А что и как Вы обсчитывать предлагаете? Я считаю СКЗ как корень из среднего квадрата по накопленным выборкам. Что Вы предлагаете? Хотя мы с Вами несколько отклонились от темы.

Тема стоит, имхо, из-за отсутствия объяснений с Вашей стороны, почему выбрана квазидифференциальная схема (повторю за Татьяной, сам бы не догадался), и, соответственно, что мешает связать общий провод измерёметра с источником сигнала непосредственно.
Вас об этом в разной форме уже спрашивали раз несколько.

Квазидифференциальная схема выбрана чтобы получить максимально возможное подавление синфазной помехи при использовании одного ОУ и 0.1% номиналов резисторов обвязки. На момент выбора схемы я просто не догадался использовать интегральные решения (например интегральные инструментальные У), дающие значительно больший КОСС, хотя с ходу я не нашел ИУ rail-to-rail с приемлемым потреблением (до 5 мА хотя бы). Использование схем на 2х и 3х ОУ нежелательно - ограничены габариты платы. Нельзя непосредственно подключить общий провод - есть требование развязать источник сигнала от измерительного канала 2-х ватными резисторами заданного номинала (не менее 20 кОм) в оба провода.
Короче говоря я согласен, что схема для моей задачи выбрана неудачно, но хотел выжать из нее максимальный результат и добиться моего понимания работы (если это мне окажется под силу) прежде чем переходить на другое схемное решение

Вот и проверьте - входы соедините вместе и - к генератору.
Ваша схема должна работать как ИУ только с нулевым выходным сопротивлением источников.