Compensación de voltaje de salida del búfer del amplificador operacional

Estoy construyendo un sistema que medirá y registrará el voltaje de las baterías. Hay 8 canales en el sistema, cada canal es capaz de medir 0-35 V. La precisión que hemos decidido es +/- 0,02 V.

Se eligió el amplificador operacional LMV324 porque tiene un voltaje de compensación de entrada de máx. 6 mV especificado. Se está utilizando un ADC de 12 bits con un voltaje de referencia de 1,8 V.

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Construí el circuito y descubrí que incluso sin voltaje de entrada aplicado, la salida del amplificador operacional es de 0,04 V. Tengo dos de estos amplificadores operacionales en la misma PCB y todos los voltajes de salida están entre 0,038 V y 0,04 V. sin entrada

Al principio pensé que el ruido/ondulación de mi convertidor DC-DC, que alimenta los amplificadores operacionales, podría haber sido el problema, pero luego cambié a un regulador lineal y sucedió exactamente lo mismo.

¿Por qué está pasando esto?

El problema es el "voltaje de salida de bajo nivel" V_ol, el voltaje de salida más bajo en la salida del amplificador operacional cuando VDD = 0V
¿Por qué elegiría específicamente un amplificador operacional con un voltaje de compensación de entrada tan bajo?
Lo siento, no tengo mucha experiencia con Opamps. No sabía que esto era pobre. ¿Qué tipo de voltaje de compensación de entrada se clasificaría como 'bueno'? Específicamente, acabo de calcular que necesito que la salida Opamp esté dentro de 1 mV de la entrada
¿Por qué estás usando un amplificador operacional, en absoluto? ¿Hay alguna razón por la que no se conecta directamente?
Tenga en cuenta que esto no interfiere en absoluto con la tarea de monitorear las baterías.

Respuestas (2)

La compensación de entrada significa que el amplificador operacional puede ver una diferencia de> 6 mV entre sus entradas . La salida aún puede ser superior a 6mV. Necesita un amplificador operacional de riel a riel que baje a cero voltios en su salida . No sé si hay algo barato que pueda hacer eso.

Aquí hay un tutorial sobre el voltaje de compensación de entrada https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-037.pdf

La forma habitual de obtener una salida cero es usar un suministro dual balanceado. Y, luego, algún tipo de circuito de protección para asegurarse de que la salida esté dentro de los límites de entrada de uC. Esto hace que todos los amplificadores operacionales que se hayan fabricado se reduzcan a cero voltios.

O bien, se puede agregar la entrada con un voltaje de polarización (65 mV en este caso) y luego alimentarlo al amplificador operacional. Pero, esto probablemente introducirá aún más errores.

Si puede encontrar un opamp que tenga una salida de 0 V, pero que tenga un alto desplazamiento de entrada, aún puede usar el LMV324. Establezca una ganancia en el LMV324 e introdúzcalo en el otro amplificador operacional.

[El OP07 no es un amplificador operacional de riel a riel. Según la hoja de datos, con un suministro de ±15 V, la oscilación de salida es de ±12,5 V máx. Eso significa que, si la fuente de alimentación es de un solo riel de 5 V, la salida variará de +1,5 V a +3,5 V máx., en lugar de 65 mV a 4,99 V para el LMV324 (típico), o incluso de 5 mV a 3,5 V para el LM358 (típico)]

agregado Con un suministro de riel único de 3.3V para el opamp, para medir el voltaje de la batería, el LM358 está bien. Intentaría aumentar un poco el voltaje de suministro si es posible para tener en cuenta las variaciones entre chips, ya que 3,3 V deja exactamente 3,3-1,8 = 1,5 V de espacio libre (que es el límite para este opamp).

Como Doodle y otros dicen a continuación, en realidad una batería nunca bajará a cero voltios, por lo que realmente no se requiere un amplificador operacional de riel a riel.

La entrada nula sería excelente para la precisión. Sin embargo, si el OP usa un uC, la calibración también se puede realizar en el software, si la compensación de entrada para el chip en particular es estable (esto es una suposición).

OP no ha dejado en claro las limitaciones de suministro para el amplificador operacional. Está operando bajo el amplificador operacional usando un solo suministro donde, como sugiero, se basa en un suministro dual.
@Doodle Bueno... no tienes toda la razón. (Con suministro dual) La compensación de entrada baja solo garantizará que la salida sea cero, cuando la entrada también es cero. Ese es un amplificador operacional ideal, y el OP07 se acerca a él. Sin embargo, en un suministro dual, CUALQUIER opamp alcanzará cero voltios, incluso si la entrada no es exactamente cero. A menos que uno esté construyendo un multímetro, el OP07 es excesivo. Para el OP, el desplazamiento de entrada de 6 mV parece estar bien. Por lo tanto, el LM358 ordinario con compensación de entrada de 7 mV y salida de 5 mV con un solo riel también debería estar perfectamente bien.
@Doodle one también puede operar el LM358 con suministro dual para obtener exactamente una salida de 0 V (pero, por supuesto, eso sería un poco estúpido). Para un termopar o multímetro, definitivamente usaría un OP07 o mejor con suministro dual. ¿Pero para medir una batería...?
El punto de sugerir el OP07 fueron los pines nulos que le permiten hacer que la salida sea cero cuando la entrada es cero con bastante facilidad. Solo estoy trabajando con los requisitos establecidos del OP en lugar de la aplicación.
@Doodle OP ahora ha declarado que el suministro de opamp es de un solo riel de 3.3V. No te equivocas, solo un poco fuera de lugar. No guardo rencor. Sí, también tienes razón sobre la parte irrelevante. Solo estamos golpeando nuestras cabezas aquí.
Mirándolo ahora... si está midiendo una batería real que en realidad nunca se agotará por completo a 0 V, entonces no hay realmente un problema con el uso de su circuito inicial.
@Doodle True, a menos que su batería baje de 1.2V. OP dice que su batería es 0-35V. No sé qué hacer con eso. El LM358 medirá hasta 0,12 V con las resistencias que OP ha mostrado. Precios: LMV358 10/$1.25, OP07 10/$1, LM358 50/$1.

La precisión está determinada por la linealidad y los errores de deriva del divisor resistivo, el amplificador operacional y el ADC. Dichos circuitos generalmente se calibran usando una fuente de voltaje externa en la línea de producción o durante la prueba/puesta en marcha, y no es necesario usar redes de resistencias de precisión ni amplificadores operacionales de baja compensación.

Si puede, siempre es una opción usar algunos interruptores electrónicos en cada entrada para permitir la autocalibración en el encendido y periódicamente a partir de entonces si desea cancelar por completo la deriva térmica.

¡No olvide el filtrado EMI en la entrada, así como la protección ESD!

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