Здравствуйте опять. У меня вопросик-проблемка!
Планируется измерять напряжение с тензомоста - 0...20 мВ выход.
Хотел поставить обыкновенный ОУ, но вся система должна питаться 5В однополярным напряжением.
Перерыл кучу литературы по однополярным Рэил-то-Рэил ОУ, но так и не понял особенностей их работы. Скажите плззззззззззззз!!!!!! смогу ли я использовать однополярный ОУ раил-то-раил без смещения, чтобы усилить данный сигнал? Будет ли на выходе зона нечувствительности (около 0), если не применять смещения усилителя (скажем, смогу ли я на выходе микровольты и милливольты получать в самом начале входного диапазона - около 0)? И будет ли работать данная схема (на рис) при однополярном питании как показано в аппликейщине на AD (там вроде для двухполярных)?
Спасибо громадное.

Так в схеме же дифференциальный выход . Если нет смещения , то на обоих выходах без сигнала у нас 0 . Если появляется сигнал , то на одном будет + , а на другом - . А откуда там возьмётся минус , если он изначально на нуле , а питание однополярное ?

И кстати , для усиления сигналов с тензомостов дифференциальным способом по идее не нужен ОУ rail-to-rail , даже при однополярном питании . На выходах моста присутствуют напряжения , обычно близкие к середине питания , а два диф.выхода тоже смещаются до пол-питания , так что тут и обычный хороший ОУ подойдёт . Я вот , например , когда в 90-е годы делал барометрический высотомер , то усиливал сигнал с датчика давления ( а это фактически тот же тензомост ) нашими ОУ К140УД17 . И всё нормально работало , без проблем .

Только в нижнем операционнике плюс с минусом поменять надобно... А проще взять инструментальнй усилитель и не париться

Так я и не понял... будет ли работать... Мой тензодатчик - уже готовый продукт от Zemic без каких либо постоянных уровней на выходе, то есть нет нагрузки на платформе - на выходе 0. Питается от 10 В номинально. Я смогу вот такой схемой однополярной без всяких нелинейностей усилить 20 мВ до 2,5 хотя бы? Или все-таки надо запитать +-5 В усилители?
Я использую 16 бит АЦП и хочу заполучить в свои руки все его разряды - до последнего...

Хмм. Давай считать. 20ьВ да поделить на 64к - это где-то 1/3 мкВ. Вот в такую ошибку по входу ты должен уложиться. Для современных прецезионных ОУ более чем реально. Вот со стабильностью коэффициента усиления не вс так радужно, резиторы могут "плыть" существенно по-разному. Вообще, _измерение_ с _такой_ точностью штука заоблачная. Но что-то ты конечно намеряешь .
НО! (Опять к вопросу о синфазных напряжениях) у твоего датчика выходов один или два? Связаны ли они гальванически с землёй?
От этого зависит схема подключения и дальнейший расчёт. Расчёт должен заключаться в следующем: проверить, что ни при каких сочетаниях выходных сигналов датчика и падений на питающем проводе а) напряжения на входах ОУ не выйдут за рекомендованые для них пределы; б) в тех-же условиях плюс входные смещения плюс погрешности резисторов выходные напряжения не выйдут ни за возможные выходные, ни за допустимые входные следующей мс. Причём крайние значения в последнем расчёте должны быть максимально приближены к "размаху на всю шкалу".
следующая мс, судя по всему дифференциальная, а входной сигнал (как ты утверждаешь) однополярный. Стало-быть, один знаковый бит ты уже потерял. Плюс "запас" (см. п б) ) - ещё одни.
Но это только "прикидочный расчёт по постоянному току". На практике, резисторы и паразитные термопары не дадут тебе получить даже _такую_ точность. Бит 10...11, думаю, снимешь.

SasaTheProgrammer>Стало-быть, один знаковый бит ты уже потерял.

позвольте с Вами не согласится... ничего не потеряно...
просто это другое (знаковое) отображение числа....ну конечно если отбрасывать знак....но вроде Вы не собираетесь это делать ...или ..

а уважаемому JK9 я бы посоветовал _сначала_ разобраться как работает оу..... ну просто оу ....обычный оу....что в нем зачем...почему и куда...!!!
а уж потом "замахиватся на нашего на Шейкспира" ....

Если один из битов знаковый, схема включения честная дифференциальная, без сдвига, но входной сигнал однополярный ("от 0 до 20мВ", если мне не изменяет память), то этот знаковый бит никогда не будет использован. Не так?

Какая, вобщем-то разница, на чём он набъёт нужное количество шишек? Лишь бы не на силовухе и не на особо ответственной аппаратуре...

SasaTheProgrammer>схема включения честная дифференциальная, без сдвига, но входной сигнал однополярный ("от 0 до 20мВ"

про приведенную схему это сказать трудно .... особенно слово "честаная" см пост #3
и что подано на входы оу большой вопрос.....
и здесь ничего не понятно (я себя имею ввиду)....

в какой моде используется ацп(uni/bi polar) тоже не ясно но в любом случае мы можем раскачать его на все шкалу при соответствующем выборе внешн эл-тов и внутреннего усиления....и след-но потери бита не предвидится.....

по поводу шишек .... ну не знаю....
по мне - заданные вопросы говорять именно о недостаточном понимании функционирования оу....

Вот и пытаюсь с вашей помощью разобраться, как работает сей девайс по имени ОУ...
Приведенная мной схема, честно украдена из аппликейшенов по применению выбранного мной АЦП AD7705 (поэтому и непонятная для меня ) - решил использовать ее только лишь для получения - цитирую аппликейшн - "Extremely High Resolution". Два операционника - для компенсации температурных дрейфов, токовых, смещения и т.д. (постоянные я калибровкой могу убрать без всяких выкрутасов).
Выходной сигнал с тензика - сугубо однополярный 0...20 мВ, режим работы АЦП - одноплярный (двоичная кодировка без смещения). Внутренний PGA усилитель с программируемым коэфф. усиления не хочется использовать, так как он снижает мою разрядность до 14 бит по даташиту.
Я собирал раньше устройство на 24-битном АЦП (без усилителей, выход датчика - сразу на вход АЦП) - там хватает разрядов выше крыши - 19, 20 в худшем случае, но это дороговато.
Датчик - это обычный тензомост на алюминиевом профиле (правда не знаю сколько рабочих плеч - все залито силиконом).
Единственная моя проблема - это запитать данную схему с ОУ от +5 В однополярного источника.
Я хотел так - минус питания - на землю, плюс на 5. А выходы датчика (по сути у меня 4 провода в руках - + питание, - питание, + выход, - выход), на входы сией схемы с ОУ - плюс на неинверт, минус на инверт.
Операционнички по шумам подобраны так - 0,3 мкВ пик-то-пик при полосе 1-10 Гц (у меня АЦП медленнее работает даже - 2,5 Гц). Вместе ребята дают 0,424 мкВ пик-то-пик при 1-10 Гц, скорость АЦП снижает его еще раз эдак в 2. Мой LSB где-то в таких же пределах - (2,5В опорное делим на 128 усиление и на 2 в 16 степени) = 0,3 мкВ
Но проблема, блин в одноплярном питании - я ж не знаю, будут ли до нуля на выходе дотягивать друзья операционнички? Вот здесь черная дыра для меня... В даташите сказано, что выходное напряжение низкого уровня (для одного!!!! а их два в схеме) - 125 мВ... Это ж чтож значит, что он все время будет так на выходе, при очень малых входных напряжениях и только после пересечения этого порога войдет в линейный режим?
Так не хочется +-5 В запитывать этих доходяг (батарея одна на 6В)!!! Это ж DC-DC нужен со всеми своими шумами...
ПС... А есть литературка по ОУ современным вообще? Ну кроме Хилла и Хоровица с ужасным переводом?

2JK9
Вопрос - какие напряжения на выходах датчика , если он запитан от одного источника в 5 вольт ? Если это мост , то там должно быть примерно по 2,5 вольт , а не 0 . А при нагрузке датчика - должна появляться разность между выводами , это по идее так должно быть . Даташит на датчик есть ?

А насчёт Хоровица-Хилла - так лучше учебника всё равно не будет . И перевод там был нормальный , по крайней мере в тех изданиях , которые мне попадались ................

>ПС... А есть литературка по ОУ современным вообще? Ну кроме Хилла и Хоровица с ужасным переводом?
ну книжка хоровица ходит и на английском, а вообще - хорошая но старовата....
вот тут можно найти по словам "операцион" "датчик"

http://lord-n.narod.ru/walla.html
и еще есть там
У.Титце и К.Шенк.
Полупроводниковая схемотехника.
мне была полезна....

у ацп есть внешний клок...так...
из этого клока при помощи конденсаторов и диодов можно сделать
минус для оу...это просто, и если делать по уму, проблем с шумами не добавит..

можно подтянуть оу работающий на аин(+) на ~150mV вверх при нуле на входе...
при этом мы потеряем часть диапазона ацп (~3%)....но датчик обслужим во всем его диапазоне значений...

Несколько предварительных замечаний. ТАКАЯ точность это фантастика. Разрешающая способность и точность - совсем разные, хотя и родственные характеристики. Датчик преобразует некую неэлектрическую величину (не важно какую) в напряжение, или, точнее, в разность потенциалов (это важно для дальнейшено). Считая его АБСОЛЮТНО линейным мы должны ввести два коэффициента - начальное смещение и коэффициент пропорциональности, ну, как и для любой прямой, y=b+a*x. Эти коэффициенты определяются конструкцией и схемой датчика. Если даже ограничится коэффициентом "а", то мы должны юудем признать, что либо у него внутри есть свой источник опорного напряжения, либо в качестве такового используется напряжение питания. Ни то, ни другое не может быть стабилизировано с ТАКОЙ точностью. АЦП, в свою очередь, сравнивает входное напряжение со своим опорным, для которого верны те же ограничения. (Есть АЦП специально для таких хитрых измерений - у них есть два отдельных дифф.входа опорного напряжения, тогда, если датчик использует напряжение питания в качестве опорного можно эту часть погрешности убрать). Но в любом случае, я не сомневаюсь, что сам по себе датчик такой точности не даст.
Разрешающая способность АЦП означает, что ты "почувствуешь" добавку к текущему входному напряжению ещё 1/64к полного диапазона. Но это ничего не говорит о той точности, с которой ты "знаешь" текущее напряжение. Это, кстати, касается не только АЦП. Так-шта...
Теперь о схемотехнике.
Датчик выдаёт разность потенциалов между какими-то двумя выводами. Один из них _может_ совпадать с минусом его питания (в данном случае - "землёй" схемы). А может и не совпадать. Как уже сказали, скорее всего, это два отдельных вывода. Тогда возникает вопрос об их среднем потенциале, т.е. о синфазной составляющей.
То-же самое относится и АЦП. Допустим, что полный размах напряжений на его выводах (относительно земли) составляет 0..2.5в. Для получения нуля на выходе на выходе нужно уравнять напряжения на входях, но нигде не сказано каким должно быть это напряжение! Можно просто заземлить один из входов и подавать сигнал на второй. А можно подать на оба 1.25в и пусть входные сигналы меняются вместе, но в разные стороны - дифференциально. Но при этом, если это изменение будет всегда происходить в одну сторону, то знаковый бит не будет использоваться. Ну, разве что слегка облегчит программную коррекцию смещений.
Теперь твоя задача - с помощью внешней схемы привести сигнал с датчика к выбраным уровням для АЦП (а может для них и 0...5в можно?) . Хотя, внутренний усилитель будет работать намного точнее и стабильнее, чем тот, параметры которого ты будешь обеспечивать навесными резисторами...

P.S. Вот почитал сам, чего написал и, кажется, понял, в чём состоит трудность. Во всех учебниках рассматриваются приключения "чистого" сигнала. Все смещения считаются паразитными, а сигналы небольшими, намного меньше напряжений питания. А нужно сразу рассматривать (во всех точках) сигнал как "комплексный". Полезный сигнал + постоянное смещение. Причём "постоянное" совсем не в спектральном смысле. Не знаю как бы это поудачней сфомулировать..

Вопрос - а зачем вообще минус ? Я по схеме понял , что у АЦП дифференциальный вход , то есть мы можем сделать так , чтобы на выходах ОУ будут в покое напряжения по 2,5 вольт , а при нагрузке датчика - одно напряжение пойдёт вверх , а другое вниз , понятное дело . Но зачем нам обязательно иметь строго 5 вольт диф.сигнала ? Мы можем уменьшить усиление дифкаскада , и пропорционально уменьшить опору АЦП , и нам просто хватит выхода ОУ . Так мы используем тот диапазон , который есть , только и всего .....

Вы бы марку датчика сообщили, что ли, если параметры сигнала внятно привести не можете... А то пишете невесть что, отчего куча народа гадает на кофейной гуще.

Схема рабочая - использую. С учётомпопутанности входов, как отметил Alex255. ОУ, ИМХО, стоит заменить, например, на свежие Zero-Drift OPA335. Рекомендую почитать http://www.cirrus.com/en/pubs/appNote/an31.pdf.

deemon>Я по схеме понял , что у АЦП дифференциальный вход , то есть мы можем сделать так , чтобы на выходах ОУ будут в покое напряжения по 2,5 вольт , а при нагрузке датчика - одно напряжение пойдёт вверх , а другое вниз , понятное дело

я не понял как Вы это увидели по схеме....и что значит "при нагрузке датчика" ....

чтоб одно вверх а другое вниз надо добавить инвертор и тп и тд....
но это не обязательно можно чтоб один оставался на середине шкалы (аин(-)) а второй ходил от 0 до +Vmax (но он не может ходить от 0 тк мин выход оу 100mV ) и мы теряем ~3% шкалы....
поэтому проще добавить 2кондесатора, резистор и диод и получить минус....
точнее надо иметь питание оу хотя б чуток(150mV) больше шкалы в обе стороны...

deemon>Но зачем нам обязательно иметь строго 5 вольт диф.сигнала ?
deemon>Вопрос - а зачем вообще минус ?

вот ответ автора

JK9>Внутренний PGA усилитель с программируемым коэфф. усиления не хочется использовать, так как он снижает мою разрядность до 14 бит по даташиту.

чтоб использовать _всю_ шкалу(0...Vmax) ацп без PGA....(желание автора - закон)

Ну так в самом первом посте есть схема , в которой явно нарисован инструментальный усилитель , дифференциальный по входу и выходу ! И АЦП тоже - на той же схеме имеет два входа . Из чего я и заключаю , что вход АЦП - тоже дифференциальный . Далее , такая схема инструментального усилителя имеет единичеый коэффициент передачи для синфазного сигнала , поэтому , если у датчика на обоих выходах есть изначальное смещение порядка 2,5 вольт , то и на выходах будут те же напряжения в покое . А потом - одно пойдёт вверх , а другое - вниз . Далее , я не считаю , что нужно использовать внутренний усилитель АЦП из-за нехватки 3% диапазона на выходах ОУ . Вполне достаточно , например , снизить усиление ОУ ( или сигнал с датчика ) на 5% и на столько же снизить опорное напряжение АЦП , чтобы восстановить шкалу . И никакого геморроя с доп.питанием , в то же время точность от этого не может пострадать сколько-нибудь заметно .
P.S. А насчёт "нагрузки" датчика - так это я имел в виду механическую нагрузку , разумеется ! Датчик-то - ТЕНЗО . Причём , судя по всему , сбалансированный на заводе для нулевой механической нагрузки . А это хорошо , ибо помню я , как в своё время имел дело с барометрическим датчиком ( фирму не помню ) , который не был сбалансирован , и даже не был термокомпенсирован с нужной точностью , и мне пришлось на советских деталях решать и ту и другую проблему . А до этого я делал ещё один подобный прибор , и в нём и барометрический датчик я делал сам - вот это было НЕЧТО

P.P.S. Да вот , кстати , посмотрел даташит на AD7705 , и там ясно сказано , что есть два входа - оба fully differential . И есть также дифференциальный вход для опорного напряжения , то есть мы можем подавать туда , что захотим . Так что , ИМХО , можно сделать схему и с однополярным питанием .

Вообще-то стОит взглянуть внимательно на схему инструментального усилителя-тройки, например как внутри INA118. Там до дифференциального усилителя аккурат та же схема (кроме ошибки с полярностью входа), в табличке на блюдечке расчёт коэффициента усиления, а в каждой уважаемой книге по ОУ хотя бы несколько страниц по этой теме

JK9>Планируется измерять напряжение с тензомоста - 0...20 мВ выход.
JK9>Мой тензодатчик - уже готовый продукт от Zemic без каких либо постоянных уровней на выходе, то есть нет нагрузки на платформе - на выходе 0.
JK9>Я хотел так - минус питания - на землю, плюс на 5. А выходы датчика (по сути у меня 4 провода в руках - + питание, - питание, + выход, - выход),

это все , что я нашел про датчик .

еще раз обращаю внимание на строчку:

JK9>уже готовый продукт от Zemic без каких либо постоянных уровней на выходе,

когда скажет автор - каковы на самом деле начальные значения и будем дальше себе голову морочить .....
я исходил из 0 при осутствии нагрузки....что на самом деле....не знаю...
ели это 0 диф - Вы правы.... есл abs - я прав.... поэтому в обоих случаях МЫ правы....
но если это диф сигнал ...то автору надо бы ..[beep]....[beep].. [beep]
ну да ладно...ему и самому плохо....
ведь проблема появляется ТОЛЬКО если это абс сигнал.... из этого я и исходил...
а так и решать то ведь нечего....

Так, благодарствую, начинаю разбираться понемногу.
Вот собрал... передо мной лежит собранная схема как на рисунке (полярность исправлена), только операционнички попроще - ОР07 и все резисторы 1,5 кОм. Ну и вместо АЦП - вольтметр обыкновенный - 0,5%. Тензодатчик и ОУ запитал 10 В. Тензик имеет (как я понял сначала, после симуляции в Electronix Workbench, а теперь воочию) - на выходе при питании 10 В - синфазный сигнал 5 В!

Раньше не замечал, так как вольтметр измерял дифф. напряжение, то есть 5 - 5 = 0 В!!!
Приведенная схема не является инструментальным усилителем, так как имеет дифф. выход - меряем - на выходе после операционников около - 5 В синфазного.
Об этом также написано и в аппликейшене от Cirrus Logic они же Crystal (ссылочка предоставлена sensor_ua - прям в яблочко!!!
Ссылочка то что нужно! А у "аналогов" в "щИте" и правда входы попутаны!).И на INA118 обязательно взгляну.
Между делом, кто интересуется цифровым звуком, аудио АЦП и ЦАП лучше, чем Cirrus Logic (первое место, !!!кристальный звук 24/96!!!) и BurrBrown (второе место) на свете нет, испробовано на собственной шее (избитой почитателями культа личности Analog Devices).
Так вот, цитирую аппликэйшн "Note that an instrumentation amplifier is not needed because the A/D input is fully differential. The dual amplifier functions as a differential in, differential out amplifier." Там такая же схема, кстати, очень полезный материал, советую взглянуть.

Путаница с этим дифференциальным и синфазным... У меня такие рамки для AD7705 - синфазный не больше 5 В, дифференциальный тоже, но!!! Непонятно, если, например, синфазный 2,5 В, то дифференциальный максимум будет 2,5 В? или же 5 вольт так и останется? Или все меряется относительно GND и больше 5 В относительно этой отметки быть не может на либом из диф входов АЦП?

for SasaTheProgramer - да, точность датчика и весопроцессора (ну АЦП по большому счету) разные вещи. Точность датчика слабенькая (по сравнению с АЦП) и заявлена производителем (после перевода из этих гадских стандартов точности OIML на русский язык) - как С3 или 3000 делений, что соответствует 0,33 нормальных процента относительной погрешности, НО!!!! Точность весопроцессора, несмотря на все, не должна снижаться за отметку 0,02% по всей шкале, это МИНИМУМ. Я бы сказал, даже ужасный мимнимум, не знаю, какой гад его придумал. Знаковый бит не используется (unipolar mode). Да, я вот только прочел в той ссылочке, что bipolar mode позволяет получить больше мкВ/LSB, как это понимать?

И не надо бип, бип, я сам себя доканаю...
Датчик - четыре тензорезистора, модель L6D-C3-20kg-0.4B.

Если питание моста 10 В, сигнал сколько-то там мВ на уровне 5В синфазного, то после этого усилителя получите 5В синфазного и усиленные мВ от моста. Для AD7705 синфазное по спецификации в режиме без буфера максимум - AVDD - 1.5V. Максимальное абсолютное значение (относительно общего) по каждому входу не должно быть больше этой величины. Дифференциальное же напряжение может достигать 2.5В. Т.е. по-любому синфазное нужно удушать, например, запитав мост от 5В, а не от 10В., тогда синфазное получится 2.5В. Соответственно, так как сигнал моста примерно симметричен, максимальный дифференциальный сигнал должен будет быть ограничен +-1 В (5-1.5=3.5В, 3.5-2.5=1В). Т.е. коэффициент усиления выбирать нужно, чтобы вписаться в эти ограничения. Конечно, при этом без использования PGA вписать сигнал в шкалу не получится, так как при коэффициенте усиления 1 шкала +-2.5В. Т.е. Битик-полтора придётся потерять. Но я бы не унывал. Монотонность АЦП в таком режиме можно считать идеальной, посему прямая дорога к передискретизации и усреднению. http://www.silabs.com/public/documents/tpu...al/en/an118.pdf
http://www.silabs.com/public/documents/sof.../en/an118sw.zip

А АЦП я бы не постеснялся взять 24-битный. За меньшие деньги даже. Например, ADS1245.

Так я ж про то и говорю - не может у МОСТОВОГО датчика не быть на выходах синфазного напряжения , равного половине питания . На то он и мост ! И если правильно выбрать напряжение питания датчика и усиление дифкаскада , то можно и синфазное напряжение сделать подходящим для диф.входа АЦП , и дифференциальный сигнал "вогнать" в допустимый диапазон выходов ОУ . А шкалу - подогнать правильным выбором опорного напряжения для АЦП . Так что проблем тут вообще нет .
2JK9 offtop
А насчёт цифрового звука - вот не надо тут лечить ! Я давно этой темой занимаюсь , так вот - самые лучшие интегральные ЦАП для звука - это мультибиты PCM63 от ВВ и AD1862 от AD . Более скромное по цене 16-битное решение - старенький TDA 1541 от Philips . Как были они лучшими из микросхем , так и остаются до сих пор . Лучше их - только гибридные модули , тоже мультибиты , кстати . А все эти Циррозы - нервно курят в сторонке Может , для чего другого они и годятся , но не для звука точно ..............

Еще комментарий про OP284. С шумами у него, конечно, все хорошо, но жуткий входной ток. Лучше заменить его на что-то поприличнее, тем более, что измеряемая частота равна нулю.

Мне кажется, что ты не совсем правильно рассчитал погрешность. 1/3000 ~= 0.03%. На этом фоне 0.02 звучит вполне гуманно .

мкВ/LSB - это какая-то интересная характеристика. Нужно внимательно прочесть даташит в котором ты это нашёл. Можно предположить, что, поскольку в биполярном режиме один бит используется как знаковый, то на долю оставшихся приходится больше микровольт . Ну, или что-то в таком роде. Тогда тут уместней другая тональность, снижение чувствительности ("больше мкВ/LSB") не та характеристка, которой стоит хвастаться.

Для таких точностей нужно обязательно использовать шестипроводную схему. Датчик запитывается от 5в и от точек подключения земли и питания к датчику обратно в схему тянутся ещё два провода, которые подключаются к входам опорного напряжения АЦП (если уровни позволяют, иначе - через делитель). Можно, пожалуй, организовать измерение питания, синфазного и вычисления паразитных падений (а-ля трёхпроводная), но тут нужно смотреть характеристики датчика - насколько он чисто дифференциальный... Не, шестипроводная схема лучше.

И ещё раз: если внутренний усилитель - с резиторами на одном кристалле, после лазерной подгонки и пр. - обеспечивает точность "всего" в 14 бит, то с внешним больше чем на 10...12 я бы расчитывать не стал.