В схеме стоит шунт. Напряжение с шунта необходимо усилить и померять с помощью МК. Для усиления сигнала решил использовать ОУ с неинвертирующим включением.

Вопросы:

- каких номиналов должны быть резисторы (Ом'ы, КОм'ы, МОм'ы)? По логике - как можно больше, чтобы токи были минимальными.

- посоветуйте ОУ для решения моей задачи

Очень плохо описана задача Вопросы:
- шунт имеет общую точку с землей или нет?
- какие требования по точности, стабильности, напряжению питания, току потребления?

В общем случае номиналы резисторов применяются от единиц кОм до 1 МОм.
Если никаких требований по точности нет вообще, то ничего проще LM358/LM324/LM2902 придумать сложно.

Шунт подключён таким образом, что один вывод на общей точке, а со второго вывода снимается на пряжение.

Точность 5%. Напряжение питания желательно однополярное +5. Ток потребления не более 20 мА.

Тогда проблем вообще никаких.
Если годится выходное напряжение операционника 0...+3.5V (при питании +5V) тогда вышеупомянутые LM358/LM324/LM2902.
Если хочется использовать весь диапазон входных напряжений АЦП 0...+5V, тогда берите любой современный ОУ с выходным rail-to-rail

ОУ с выходным rail-to-rail имеет тоже однополярное питание? Приведите пример микросхемы.

Есть всякие. Конкретный тип не приведу, потому что их выпускают десятки фирм и номенклатура бывает по сотне видов. Поскольку у вас никаких специфических требований нет, то лучше подбирать из того, что вам проще достать.

Я бы вообще не заморачивался с rail-to-rail, и применил LM358, если входного диапазона 0...+3.5V (напряжения на шунте) хватает. Поскольку точность 5% это всего лишь 20 градаций АЦП

В теории коефициент усиления выбирается исходя из соотношения резисторов делителя, верно?

Входное будет меняться от 0В до 0,1В. А вот выходное при 0,1В на входе должно выдавать 3,5В на выходе. Я смогу реализовать это на LM358?

AD820

Не только в теории, но и на практике тоже Для ОУ соотношение k=1+R2/R1 выполняется достаточно точно. Возьмите R2 примерно 10..50 кОм

Я предлагаю до 3.5В не дотягивать (это не всегда гарантируется), а ограничится 3.0В
Тогда вам нужно обеспечить k=30

Эти дешевые ОУ еще хороши тем, что имеют входной/выходной диапазоны, начинающиеся с "честного" нуля питания, тогда как rail-to-rail обычно не дотягивают до земли 10..50 мВ. В вашем случае это важно.
Кстати, имейте в виду, что rail-to-rail бывают и только по входу, и только по выходу. А бывает и то, и то одновременно.


Пример хороший 2..3$ для задачи, без проблем решаемой на ОУ за 20 центов.

Чем обосновано такое решение?

Для усиления сигнала шунта было бы правильнее использовать ОУ, включенный по схеме дифференциального усилителя. Мало того, что при этом можно избавиться от типичных для такого случая источников погрешности, вдобавок, такая схема включения позволяет использовать более дешевые "обычные" ОУ, а не rail-to-rail.

Для снятия напряжения с шунта целесообразно использовать специально предназначенные для этого дивайсы - например, AD8205, AD8206, AD8210 (ADI), INA193 (TI). INA193 в исполнении SOT-23. AD8210 годится для работы с токами, текущими в разных направлениях. AD8205 и AD8206 отличаются усилением.

Кстати, вопрос о буфере или усилителе, подключаемом ко входу однополярного АЦП МК не так прост, как кажется на самом деле. Как правило, вход АЦП МК представляет собой цепочку коммутируемых конденсаторов. во всяком случае, для простых МК это имеет место. При работе эта цепочка создает динамическую нагрузку на буфер или усилитель. Причем, выбросы токов по входу могут быть как положительными, так и отрицательными. Буфер или усилитель при входном напряжении, равном нулю (или питанию) может не всегда хорошо отрабатывать эти броски тока в силу того, что выходной каскад находится в режиме насыщения.

Так это у большинства АЦП так - вход грузит источник коммутациями на емкости. Поэтому как правило надо развязывать выход источника от входа АЦП - чаще всего используют RC-цепочку.

Коллеги, не грузите студента знаниями, которые в данный момент ему, в общем-то и не нужны
Хотя, конечно, никакие знания лишними не бывают, но для дипломного проекта или для изучения основ измерения напряжения на шунте, заземленного с одного конца, достаточно простого однополярного ОУ. Можно даже и без RC-цепочки на выходе, хотя она лишней тоже не будет

Схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ток будет измеряться в первом полупериоде сетевого напряжения. Будет считаться, что ток во втором полупериоде равен току в первом.

На втором полупериоде сетевого напряжения на неинвертирующем входе ОУ будет отрицательное напряжение. Допускается ли такое? Если нет - можно ли как-то защитить схему? Например вот так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


После выхода ОУ стоит RC-цепочка (ФНЧ) и стабилитрон (на 5,1В) для защиты линия порта от перенапряжения.

Насколько я понял, все предложеные варианты ОУ однополярные - один вывод питания подключается к +5В, второй к общей точке.





Не знаю почему, но лично у меня сложилось впечатление, что чаще используют инвертирующие включение ОУ. Получается коэфициент усиления отрицательный. Т.е. на вход подаёшь положительное напряжение, а на выходе получается отрицательное. Как же потом его можно подавать на МК? И возможно ли инвертирующие включение в однополярных ОУ?

Поэтому я использовал неинвертирующее включение. На вход подаётся слабый сигнал, на выходе появляется усиленный по амплитуде (смаштабируемый).




Эта схема?:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Эсли да, тогда мне непонятно куда что подключается. Поясните, пожайлуста.
И намного ли лучше эта схема?


О шунте:

насколько я понимаю, шунт - это резистор, позволяющий измерять ток в цепи. Выбириается он таким образом, чтобы потери на нём были ничтожны. Знаю, что есть специлизированные мощные низкоомные резисторы. Посоветуйте несколько.

Например, если я возьму шунт на 0,1Ом, а ток в цепи будет меняться от 0 до 5А, то напряжение на шунте будет меняться от 0 до 500мВ. При этом сопротивление нагрузки будет 220В/5А=44Ом, что в 440 раз больше, чем сопротивление шунта. То есть лишь незначительная часть сетевого напряжения упадёт на шунте, что допустимо.

Вычисление мощности - 5А*0,5В = 2,5 Вт. То есть мне подойдёт шунт 0,1Ом минимум на 2,5Вт.

Правильны ли мои расчёты?

Нашёл интерестную статью по датчикам тока Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Например INA169 мне вроде как подходит. Нажмите для просмотра прикрепленного файла Но стоит она немало ($5). Оправдано ли это? Если можно тоже самое реализовать на обычном ОУ.

Совершенно верно. Опорное для АЦП сделать поменьше и все будет ОК. В случае с AVR опорное можно сделать 2,56 В.

Если хотите неинвертированный сигнал, то V2 подключается к "горячему" выводу шунта, V1 - к "холодному", а нижний вывод Rg подключается не к земле, а к половине питания.

Если хотите инвертированный сигнал, то V1 подключается к "горячему" выводу шунта, V2 - к "холодному", а нижний вывод Rg все равно подключается не к земле, а к половине питания.


Вместо того чтобы вводить еще один источник величиной в половину питания, проще всего использовать такую схему
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
R1 = R4
R2 = R3 = 2*R6


Намного.

Отрицательное напряжение (ниже нижнего напряжения питания) как правило НЕ допускается.
Входы нужно защищать до ОУ, а не после, потому что и ОУ и МК питается от одного напряжения.
Шунт диодом шунтировать не нужно. После шунта R=10k -> диоды шоттки на +5V и GND -> R=1k -> вход ОУ. После ОУ -> R=1k -> C=1nF -> вход АЦП.


Дифференциальное включение нужно, когда шунт не имеет общей точки с землей АЦП. Это включение позволяет преобразовать разность двух напряжений в напряжение относительно земли.
Можно также сместить землю шунта на половину питания АЦП и измерять как положительную, так и отрицательную полуволны входного напряжения. Только нуль при этом будет в центре диапазона АЦП.


Расчеты правильные, только мощность в 2.5 Вт на шунте великовата. То, что вы говорили раньше подходит лучше: 20 мОм, 100 мВ, 0.5 Вт. Можно еще меньше, только нужно тогда лучше фильтровать от помех, посколько цепи силовые. Коэф. усиления ОУ ~30

Что у меня получилось:

Схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В качестве шунта выбрал WSL1206, сопротивлением 0,02Ом , мощностью 0,5Вт.

При максимальном токе 5А, падение на шунте будет 0,02Ом*5А=0,1В

Чтобы на выходе ОУ получить 3В, необходимо усилить сигнал в 30 раз (3В/0,1В=30). То есть коефициент усиления К=30. Возьмём сопротивление R2=50кОм. Получим К=1+R2/R1 => R1=R2/K-1 => R1=50кОм/30-1=50000Ом/29=1724Ом. Берём ближайший по ряду - 1,8кОм (типоразмера 1206, мощностью 0,250Вт).

В качестве ОУ беру LM358. Запитывать его буду +5В взятых с AC/DC преобразователя BP5041A5


Верны ли мои расчёты и правильно ли подобраны электронные компоненты?


Единственное, что мне не понятно - как защитить вход ОУ от отрицательного напряжения. Схему, пожайлуста.

Насколько я понял, я взял обычное неинвертирующее включение ОУ (самое простое решение). Так как шунт одной ножкой на земле, то я могу использовать свою схему. Если бы у меня шунт стоял не относительно земли, то нужно было бы использовать диферинциальное включение, верно? Либо использовать специализированые микросхемы.

Номинальную мощность шунта желательно выбирать с запасом. Рекомендую применить шунт на 1 Вт


Я вам выше подробно словами описал.


Да так, хотя дифф.схема обеспечивает лучшую фильтрацию помех.

Вы говорили, что если питание будет +5В, то на выходе максимум получу 3,5В. А где в описании это указано?

Если на входе у меня будет очень маленькое значение, например, 0,001 мВ - будет ли у меня на выходе этой же сигнал усиленный в к раз? Слышал, что есть ОУ, у которых, например, при питании +5В зона чувствительности по входу находиться в диапазоне +0,5В....4,5В.

И что такое напряжение смещения?

Попытался изобразить схему из ваших слов, получилось вот это:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Правильно ли?

В DataSheet на LM358
У National Semi хорошие описания с большой секцией примеров применения.
Интересующий вас параметр: Input Common-Mode Voltage Range: 0... (V+)−1.5V
При питании V+ = 5V, Vicm = 5-1.5 = 3.5V max


Как раз этот параметр и определяет диапазон рабочих входных напряжений. Он начинается от нуля. Почитайте DataSheet:
"Allows direct sensing near GND and VOUT also goes to GND"


А вот напряжение смещения вам всю идеальную малину и испортит.
Это напряжение ошибки, определяемое схемотехникой ОУ, которое присутствует "внутри входа ОУ" и добавляется к входному напряжению.
Input Offset Voltage = +- 2...5 mV
Если его не компенсировать, то при входном напряжении, напр. 0.10V на выходе может быть (при Ku=30)
2.85V ... 3.15V (в зависимости от попавшегося экземпляра ОУ)
Так что вам нужно будет калиброваться уже при помощи МК. Или делать аналоговую коррекцию смещения. Или применять ОУ с малым смещением. На выбор.


Еще один диод на +5V забыли. Для защиты входа от напряжения больше питания.

У меня получилась такая схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Что понятно:
R1 -шунт
R4,R5 задают коефициент усиления
R6,С1 - ФНЧ
VD3 - стабилитрон, защищающий линию МК от перенапряжения


НЕ ПОНЯТНО:

Назначение элементов R2,R3,VD1,VD2 (и правильно ли подключены диоды?)
И объясните, на самом простейшем языке, как отсекается отрицательное напряжение с входа ОУ.



А можно для защиты от перенапряжения использовать не диод Шотки, а стабилитрон?


Схема в MS Visio Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Анод D2 д.б. подключен к катоду D1, катод D2 - к +5 питания

А теперь сравните с нарисованной мною схемой дифф. усилителя, который не боится отрицательных напряжений безо всяких защит:
- в диф усилителе на одну деталь меньше
- не нужны диоды, а ведь диоды Шоттки в десятки-сотни раз дороже резисторов
- не нужен rail-to-rail ОУ, сгодится дешевый обычный.
- дифф.усилитель позволяет мерять ток как в положительном, так и в отрицательном полупериодах
- дифф. усилитель меряет ток точнее, поскольку на точность не влияет падение напряжения на земляных проводниках.

Ведь только студенты и ламеры думают, что сопротивление земли равно нулю. Поэтому стОит им подключить шунт к земле, то потенциал нижнего конца шунта сразу же станет равным нулю, даже если они разведут землю тончайшими проводниками.


Неоткуда там взяться перенапряжению. ОУ с питанием +5В не может выдать на выходе больше +5В. Стабилитрон не нужен.

Схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Какие номиналы элементов посоветуете? И какой ОУ подойдёт для этой схемы?

Подойдёт ли шунт на 0,02 Ом?

Как работает сзема?

Что будет на выходе? При протекании тока в одном направлении на выходе будет напряжение от 2,5...5В, в обратном - 0...2,5В?

А если поступить проще:

Использовать встроеные в АЦП МК дифферинциальные входы с коефициентом усиления 10.

Взять внутренний источник опорного напряжения 2,56В. Делим на 10 - получаем 0,256В. То есть при максимальном токе 5А получаем 256мВ.

Рассчитаем сопротивление шунта - 0,256/5А=0,05Ом

И тогда не нужно ОУ.

Как такой вариант, подойдёт для решения моей задачи?

Подайте мыслено на вход отрицательное напряжение и подумайте, как при этом будет включен диод.
Стабилитрон в данном случае применять нельзя, т.к. он кремниевый и обратное падение напряжения на нем может доходить до -1V. А ОУ типа LM358 не любит на входе отрицательных напряжений меньше -0.3V


Да. А вообще, для понимания принципа работы типовых схем сначала почитайте учебники. Поняв формулы расчета, попробуйте промоделировать на любом программном симуляторе. Тогда и не будут возникать сотни вопросов сразу.


С уважаемым =AK= спорить бессмысленно, поскольку его опыт аналоговой схемотехники несравним с моим Да и просто он прав, получается что в вашем случае действительно лучше применить дифф.усилитель и не заморачиваясь с напряжением смещения все откалибровать на МК.

Единственно, что хочу заметить, входы ОУ все равно защищать придется.
Да и фразанепонятна: что может быть дешевле LM358

Я думаю, не нужно.

Во-первых, размах тока в шунте, необходимый для того, чтобы ОУ вышел за предельно-допустимый режим, должен быть такой величины, что сгорит симистор, так что исправно работающий ОУ никому больше не будет нужен. Предположим, шунт выбран 0.02 Ома. Тогда для получения падения в -2.8 В ток через него должен быть -140 А. Напряжение -2.8 В складывается из 2.5 В смещения на + входе ОУ и -0.3 В предельно-допустимого на входе относительно - питания. Для положительной полуволны ток должен быть еще больше, поскольку для семейства LM358 предельно допустимое равно 32 В при любом напряжении питания. (PS: про "2.5 В смещения на + входе ОУ" я соврал, даже при единичном усилении там будет не 2.5В, а всего 1.25В, но идея, я думаю, ясна)

Во-вторых, это диплом, надо стараться не вводить новые сущности.


Ну, может, это я для красного словца и для общности рассуждений так сказал. А если формально - так вот, LM2904 , не 14 центов, а всего 11

Итак, схема такая:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В качестве ОУ возьму LM358. Теперь нужно разобраться с обвязкой.

Насколько я понимаю, соотношение R6/R4 даёт нам коефициент усиления.

Тогда согласно посту №18, возьму R1=R4=10кОм. В качестве опорного напряжения АЦП буду использовать внутрений источник опорного напряжения(2,56В). Если в качестве шунта возьму резистор номиналом 0,02Ом, тогда при токе 4,54А (мощность 1кВт) - это действующее значение - домножаем на 1.4 - получаем 6,3А (амплитудное), на шунте упадёт 0,02Ом*6,3А=126мВ.

Тогда расчитаем необходимый коефициент усиления. К=2,56В/0,126В=20. Возьмём немного меньше на всякий случай - 18. Тогда на шунте максимум упадёт 2,26В

Исходя из расчётов R6/R4=18 => R6 = R4*18=10000Ом*18=180кОм

Снова исходя из формулы поста №18 получем:

R2=R3=2*R6 => R2=R3=360кОм


Смоделировал в EWB. Вот что получилось:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Из осцилограмм первого осцилографа видно, что при действующем токе 4,6А (по моим расчётам 4,5А) на нагрузке падает 310В, а на шунте 132мВ (по моим расётам 126мВ). То есть на шунте напряжение меняется от от -132мВ до 132мВ.

Далее напряжение с шунта необходимо усилить. В каком диапазоне на выходе оно должно меняться? От 0 до 5В или от 0 до 2,56В? Какое опорное напряжение АЦП брать?

По графику с выхода ОУ видно, что я что-то неправильно расчитал или сделал. Получилась какая-то "лабуда".

По идее при положительной полуволне напряжение должно меняться от 2,5 до 5В, при отрицательной от 0 до 2,5В, верно?


Да, ещё такой вопрос - как защитить вход АЦП МК от отрицательного напряжения снимаемого с датчика напряжения (делителя). Схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасёт ли диод? Или он будет держать на себе -0,7В, что тоже не приемлемо?

АЦП меряет от 0 до Vref. Берите 5В опорное.

неправильно!

Диод даже и не нужен, он есть внутри микросхемы! Главное ограничить ток через него на уровне 10мА (резистором R12).

Обычно АЦП меряет напряжение в диапазоне от 0 до Vref. В вашем случае от 0 до 2.56 В.
Значит, в пике отрицательной полуволны напряжение на входе АЦП должно быть больше 0, в пике положительной полуволны - не больше 2.56 В, а при нулевом входном - половина Vref, т.е. 1.28 В.


Соответственно, надо вдвое меньше


В посте №18 предполагалось, что АЦП имеет Vref = 5 В, поэтому резисторы R2,R3 предлагалось взять одинаковые, чтобы получить виртуальную землю 2.5 В = 0.5*Vref

В вашем случае надо получить не 2.5 В, а 1.28 В, поэтому R2 должен быть больше чем R3. Однако сопротивление параллельно включенных R2||R3 все так же должно быть равно R6.

То есть на вход МК можно подавать отрицательное напряжение -5В? Главное, чтобы ток не превышал 10мА. В моём случае резистор на 1кОм, то есть при 5В ток будет 5В/1000Ом = 5мА

А что будет мерять АЦП при отрицательной полуволне, если я буду мерять?



=AK=, приведите, пожайлуста, готовую схему дифферинциального усилителя с номиналами компонентов. Опорное любое, шунт любой, т.д.

Все та же схема, шунт 0.02R, R2=R3=200k, R6=100k, R1=R4=10k

Результат прогона на симуляторе, выходное напряжение ОУ:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Вполне пригодно для АЦП с Vref = 5 В


Если можно, то в даташите об этом должно быть сказано.

Почти так! ток=(5-0,7)/1000=4,3 мА. 0,7В-падение на диоде.

АЦП будет мерять 0, ИМХО, я не програмист.

Это нештатный режим. JEDEC требует, чтобы при статических разрядах ток до 20 мА не вызывал "защелкивания". Однако это не значит, что в пин можно вдувать постоянный ток 10 мА. Были люди, которые дотошно выпытывали у тексуппорта Атмела, сколько можно гнать постоянного тока через защитные диоды какой-то их Атмег. Оказалось, не более 0.5 мА, как я помню.

Теперь получилось.

Напряжение меняется от виртуального нуля (2,5В) усиливаясь в 10 раз.


Остался вопрос с делителем напряжения. То есть можно просто подавать на порт МК хоть 1000В, главное чтобы тог не достигал значения 10мА? Внутри МК есть диодо только на линиях АЦП или на всех линиях?

Что измерит АЦП при отрицательной полуволне? Даже если есть внутренний диод, то нём упадёт 0,7В.

Не лучше поставить внешний диод Шотки?

Хм, буду знать на будущее. Я отталкивался от этих строк (pdf atmega32):
Although each I/O port can sink more than the test conditions (20 mA at Vcc = 5V, 10 mA at Vcc = 3V) under steady state
conditions (non-transient), the following must be observed:
PDIP Package:
1] The sum of all IOL, for all ports, should not exceed 400 mA.
2] The sum of all IOL, for port A0 - A7, should not exceed 200 mA.
3] The sum of all IOL, for ports B0 - B7,C0 - C7, D0 - D7 and XTAL2, should not exceed 300 mA.
TQFP and MLF Package:
1] The sum of all IOL, for all ports, should not exceed 400 mA.
2] The sum of all IOL, for ports A0 - A7, should not exceed 200 mA.
3] The sum of all IOL, for ports B0 - B4, should not exceed 200 mA.
4] The sum of all IOL, for ports B3 - B7, XTAL2, D0 - D2, should not exceed 200 mA.
5] The sum of all IOL, for ports D3 - D7, should not exceed 200 mA.
6] The sum of all IOL, for ports C0 - C7, should not exceed 200 mA.
If IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater
than the listed test condition.


Следуйте рекомендациям =AK=. Ограничте на уровне 0,5мА например.
0! только что спросил програмиста.
поставте, надежнее будет но это не обязательно.

Что-то я тут вас не пойму
То вроде бы договорилсь применить LM358 с дифф. включением. Разжевали, что нужно применить опору МК Uref=2.56V и виртуальную землю ОУ в 1.28V.
То уже снова речь о Uref=5V и Ushift=2.5V
Вы уж определитесь. Если LM358, то только первый вариант


Согласно DataSheet на АТмега, напряжение на любой ножке должно находится в пределах:
Voltage on any Pin except RESET with respect to Ground .....-0.5V to VCC+0.5V
и это Absolute Maximum Ratings. При привышении этих значений Атмел не гарантирует ничего.
То есть, хотя и есть внутренние диоды, которые держат до 20мА и есть рекомендации не превышать порог в 0.5мА, все равно напряжение на ножке не должно превышать +-0.5В от питания.
Поясню на примере: если для цифровой секции напряжение на ножке -0.7В еще не критично, то при таком напряжении на входе АЦП токи через защитные диоды перекашивают всю аналоговую секцию и измерение других входов АЦП становится неправильно. Слегка приоткрываются КМОП ключи. Наблюдал такое лично.


Сколько можно "просто подавать на порт МК" я написал выше. Если есть защитная цепочка, то ессно, на неё можно подавать хоть 1000В. У АТмега диоды есть везде, кроме Ресета (нет на +5В).

Насчет всех этих защит я придерживаюсь след правила: на аналоговых входах не более +-0.3В от питания (защита при помощи шоттки), на цифровых не более +-0.7В от питания (защита при помощи обычных диодов).


Эти строки никакого отношения к защитным диодам не имеют. Это токи через выходные драйверы ножек при напряжениях на них GND...+Vcc

Делитель должен состоять из трех резисторов. Высокоомный резистор между сетью и входом АЦП один низкоомный со входа АЦП на землю, второй - со входа АЦП на +5 В. На входе АЦП будет ослабленное сетевое со серединой в +2.5 В, примерно такое же, как я приводил для выхода ОУ.

А если опорное будет +5В, тогда какой ОУ взять?

Действительно , сори, где-то я еще встречал описание этих диодов, вот только немогу найти.

Поставил высокоомный на 750кОм, и 2 низкоомных на 10 кОм. Получилось, что и на выходе ОУ. Виртуальная земля - 2,5В.

А как узнать в каких пределах меняется напряжение. Максимум и минимум?

Может здесь?
AVR182: Zero Cross Detector

The series input resistor is a 1 MΩ resistor. It is not recommended that the clamping
diodes are conducting more than maximum 1 mA and 1 MΩ will then allow a maximum
voltage of approximately 1,000V.

Актуальными остались 2 вопроса:

1) Если я использую опорное напряжение +5В, тогда какой ОУ мне необходим для схемы и номиналов, приведённой =AK=?

2)Каким образом задаётся диапазон отклонения напряжения после делителя от виртуальной земли +2,5В?

Чем вам все-таки не понравилась схема с LM358. Сложностью расчета двух параллельных резисторов? Вы очевидно желаете, чтобы все за вас рассчитали
Вот вам пример схемы. Uref=2.56V, Ushift=1.39V:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

"вопрос с делителем напряжения" вообще не понял. Это что, из другой темы про измерение сетевого напряжения?

Возвращаясь к вопросу о макс. допустимом отрицательном токе через шунт при использовании дифф. усилителя на основе ОУ семейства LM358 в случае, если не используется специальная защита. Сначала перерисуем схему ув. Baser-а так, чтобы добиться немного лучшей симметрии без использования нестандартных номиналов резисторов:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

При отсутствии вх. сигнала на выходе ОУ имеем 1.4079 В, на входах ОУ - смещение 149.4 мВ. При подаче сигнала на выходе получаем (зеленая линия - ток через R8, красная - напряжение на выходе ОУ):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Для того, чтобы напряжение на + входе ОУ улетело ниже предельно-допустимого -0.3 В нужен не такой уж большой ток, порядка 20 А.

Теперь добавим в схему два резистора, R10 и R11, которые подтянут входы ОУ к +5 В

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Поскольку резисторы одинаковые, поведение схемы в нормальном режиме не изменилось. Однако среднее напряжение на входах ОУ возросло со 149.4 мВ до 2.755 В. Теперь для того чтобы загнать напряжение на + входе ОУ ниже -0.3 В нужен гораздо больший ток, порядка четверти килоампера. На графике показано напряжение на + входе ОУ (красн.) и ток через шунт (зелен):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Однако есть еще более простой и изящный способ добиться робастности такого усилителя. Вместо того, чтобы добавлять дополнительные резисторы, достаточно изменить полярность питания ОУ и микроконтроллера. То есть, вместо того, чтобы +5 сделать шиной питания, а -5 - "общим", достаточно назначить +5 - "общим", а -5 - шиной питания. Соответственно, напряжение на входах ОУ будет равно (5-0.149) = 4.85 В относительно минуса питания, а для того, чтобы напряжение улетело до -5.3 В (относительно общего) понадобится ток через шунт величиной в пол килоампера.

Заодно симистором можно будет управлять "напрямую" без оптосимисторов, а используя простой буферок на транзисторе. Ведь симистор прекрасно управляется "минусом".


Что же касается измерения сетевого напряжения, то вот такая простая схема ограничивает напряжение на входе АЦП не ниже -0.3 В и не выше +5.3 В даже при использовании обычных кремниевых диодов:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Давайте попорядку:

1)Для снятия напряжение с шунта лучше использовать дифферинциальное включение ОУ

2)В зависимости от опорного напряжения выбирается "виртуальная" земля. Если опорное 2,56В, то виртуальная земля должна находиться где-то посередине., то есть где-то на уровне 1,25В; Если опорное 5В, то земля должна находиться где-то на уровне 2,5В.

Если опорное 2,56В, то максимальное отклонение напряжения на шунте - 2,56В. Для этого случая подходит ОУ LM358, так как на его выходе не может быть напряжения больше чем напряжение питания - 1,5В

Если опорное 5В, тогда необходим другой ОУ, способный выдавать до 5В на выходе при питании +5В.

"Виртуальная" земля определяется соотношением резисторов R2,R3. Если они равны, то земля будет на половине питания. Если R2 в 2 раза больше R3, тогда земля будет на уровне 1/3 напряжения питания. То есть напряжение "виртуальной" земли определяется напряжением на неинвертирующем входе(+)

3)Далее выбирается коефициент усиления. Он определяется соотношением резисторов R6/R4. Если R6 больше в 10 раз R4, то коефициент усиления будет 10.


Это верные утверждения?

Да.


Да.


Нет.

Если опорное 2,56В, то виртульная земля, которая "где-то посередине", равна примерно 1.28 В. Значит, при отсутствии тока в шунте на входе АЦП будет 1.28 В, при максимальном положительном токе в шунте 2.56 В, при максимальном отрицательном токе в шунте 0 В. То есть, "максимальное отклонение напряжения" на входе АЦП относительно "нулевого" (виртуальная земля 1.28 В) составляет +/-1.28 В, т.е половину Vref. Тип ОУ к этому не имеет отношения.

"Максимальное отклонение напряжения на шунте" (т.е. амлитуда падения напряжения на шунте) должно быть меньше в Ку раз. При Vref/2=1.28 В и Ку=10 на шунте может падать до +/- 128 мВ. При сопротивлении шунта 20 мОм макс. амплитуда тока в шунте, при которой напряжение на входе АЦП не выйдет за рабочий диапазон (от 0 до 2.56 В) будет +/- 6.4 А

Это Vref выбиррано ниже чем Vcc=5 В на полтора вольта потому что выбранный дешевый ОУ не может разогнать сигнал до 5 В при 5 В питания. Если бы был выбран ОУ с выходом rail-to-rail, то имело бы смысл взять опорное 5 В, а не 2.56 В.


А также тем, к какому источнику они подключены.

Виртуальная земля дифф. усилителя должна быть примерно равна половине Vref.

Если Vref физически недоступно (т.е. не выведено на ножки микропроцессора), то в качестве источника смещения приходится брать то, что под руку подвернулось, т.е. питание +5В. Если Vref=2.56 В доступно, то R2 надо подключить к этому источнику Vref (это уменьшит суммарную погрешность измерения), а резисторы R2 и R3 сделать равными.


Нет.

Оно определяется тем, к какому напряжению подключен Rg в классической схеме.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


при условии что R4/R6 = R1/(R2||R3)


Да

Вот уж, действительно, что значит иметь небольшую практику аналоговой схемотехники. Такой очевидный "финт ушами" не пришел в голову! Спасибо, теперь такое не забудется

Далее для Владимир_КПИ по выбору МК. Предлагаю не заморачиваться с Tiny и выбрать ATmega8. Это младший из мег, стоит немного, но по функционалу на порядок превосходит любую tiny. Как говорил один мой коллега: "В системе не должно быть дурацких ограничений"

При применении ATmega8 эти рекомендации осуществимы.
Vref=2.56V попадает на ножку МК, куда еще и рекомендовано подключать внешнюю емкость от 0.1мк
Правда этот выход высокоомный, тип.=32кОм, поэтому желательно применить буферный ОУ.

И еще одно замечание, почему желательно выбирать Vref=2.56V Все-таки это напряжение получается с внутренней bandgap reference, поэтому оно значительно стабильней, чем Vref=5V, которое являет собой шину питания.