Conversión de nivel de voltaje analógico (cambio de nivel)

Tengo un joystick que emite voltaje analógico entre 1,5 V y 3,5 V.

Quiero transformar este rango de voltaje para controlar un controlador de motor que tome voltaje analógico entre 0V y 5V.

¿Cómo cambio de nivel y amplifico correctamente?

¿No hay un microcontrolador intermediario? Si es así, solo use un ADC.
Creo que es posible que desee explicar qué es exactamente lo que quiere hacer aquí. ¿Está tratando de escalar un voltaje analógico de 1.5V-3.5V a 0V-5V? ¿Está tratando de convertir un voltaje analógico en alguna salida digital?
Un convertidor elevador podría ayudarlo a pasar de 3,5 V a 5 V, pero no a pasar de 1,5 V a 0 V. Su ganancia siempre es mayor o igual a 1.
@Telaclavo un impulso no es útil aquí, ya que se usa para alimentar, pero suponemos que tiene un suministro mayor que 3.5 V.
@clabacchio Sé para qué se usan los convertidores de impulso. Quería señalarle que la mitad de la ecuación no sólo no es recomendable, o no se suele hacer así, sino matemáticamente imposible.
@Telaclavo Entiendo tu punto. Solo digo que los convertidores de CC/CC son solo para excluir, y usted solo estaba desalentando el uso de un impulso. Estaba tratando de ser más general sobre eso, para evitar confusiones.
Sabemos que esos son voltajes analógicos. ¿Cuál es su suministro?
Clabaccio < Tienes la idea correcta, pero creo que el IC TL082 incorrecto pasará de 0,5 a 3,5 V con un solo suministro de 5 V. Olin tiene el diseño correcto y el chip correcto MCP6041 con salida de riel a riel. y los valores correctos de cct. Si usa el OA dual MCP6042, entonces puede usar el repuesto para el búfer de ganancia unitaria para V/2 Ref. y luego la ganancia sube un poco. (Tolerancias de 2.475 a 2.500 +/- %R) pero "casi lo suficiente para el trabajo del gobierno" usando 100 KΩ y 152 KΩ Rocket ¿Realmente quería invertir?
El Opamp no está destinado a ser el correcto, es solo el predeterminado para el simulador. Y no es seguro que no funcione, porque puede tener un suministro diferente. Pero gracias por el consejo, escribiré un descargo de responsabilidad. Pero deberías publicar esto como un comentario.
Tengo una pregunta para el circuito de Rocketmagnets. Soy muy nuevo en cosas electrónicas y he construido una plataforma de movimiento dinámico con arduino y motores de limpiaparabrisas. Los motores utilizan un potenciómetro para la retroalimentación de posición. Los potenciómetros giran alrededor de 180 °, por lo que obtengo un rango de aproximadamente 1,6v-3,6 V, por lo que intenté aumentar el voltaje con este circuito. Construí este como este x-sim.de/forum/gallery/image.php?image_id=2326 . He revisado el cableado muchas veces y no encuentro ningún problema. Uso botes de 10k en lugar de 1k, ¿tal vez este sea mi problema? Estoy usando lm324N produktinfo.conrad.com/datenblaett

Respuestas (3)

Desea una ganancia simple de 5/2 = 2,5 centrada alrededor de 2,5 V. Esto es fácil suponiendo que tiene una potencia de 5 V disponible, como la del controlador del motor:

Debe ser un amplificador operacional de salida de riel a riel que pueda funcionar con una potencia de 5 V, como el MCP6041 y muchos otros. R1 y R2 forman un divisor de voltaje para formar los 2,5 V alrededor de los cuales se amplificará la señal de entrada. C2 atenúa el ruido del suministro de 5 V incluso más que la CC para lograr un nivel de CC suave y silencioso. El opamp tiene una configuración clásica de ganancia positiva, con R4 y R3 configurando la ganancia. La impedancia de la fuente de 2,5 V producida por R1 y R2 se suma efectivamente a R3 con fines de ganancia, pero esa es una pequeña contribución de 1,2 kΩ en 100 kΩ. La ganancia será ligeramente inferior a 2,5.

+1. Más precisamente, salida de riel a riel (la entrada de riel a riel no es necesaria aquí)
@Jason - Corregido.
¿Cómo eligió los valores para R1 y R2?
@abdullah: dado que el suministro es de 5 V y el punto es generar 2,5 V, una restricción era R1 = R2. La otra opción era cuál debería ser la impedancia de la fuente de 2,5 V, que es R1//R2. Más bajo es mejor, pero más bajo también significa más corriente. Sentí que 100 kOhm era lo más alto que quería con R3 para mantener baja la captación de ruidos perdidos. 1,2 kOhms parecía una impedancia lo suficientemente baja en relación con eso, y extrae alrededor de 1 mA del suministro de 5 V, lo que sonaba razonable.
@OlinLathrop gracias por la información. Si nuestro presupuesto de energía es ajustado, ¿deberíamos introducir un seguidor de voltaje para los 2.5V, usando otro OP-AMP (quizás en el mismo paquete)?
Los amplificadores operacionales son nuevos para mí ... Puedo ver que R1 y R2 forman un divisor de voltaje. El amplificador diferencial toma la señal del joystick en 3 (+) y la señal de 2,5 V en 2 (-) y, después de seguir las matemáticas del amplificador diferencial, obtenemos esto: Differential Amplifier: Vout = Ad(Vin+ - Vin-) Vout = Ad(3.5 - 2.5) = 1Ad Vout = Ad(2.5 - 2.5) = 0Ad Vout = Ad(1.5 - 2.5) = -1Adasumo que Ad = 5, que proviene de 5 V que entran en Vs+ y GND entrando en Vs-. Pero el cambio de nivel no me parece bien. La parte inferior está en -1Ad y la parte superior está en 1Ad. ¿No debería Vin- estar en 1.5 en lugar de 2.5?
Además, no tengo claro cómo R3 y R4 establecen la ganancia. También estoy un poco confundido en cuanto a por qué en la parte superior del diagrama, 5V y GND parecen unirse y luego entran en Vs+. Hubiera pensado que solo 5V deberían entrar allí.
@jfenwick: No puedo decir qué crees que significan esas ecuaciones sin que definas correctamente los términos, como "Anuncio". Además, parece que puede haber pasado por alto el hecho de que hay retroalimentación negativa en este circuito, lo que establece la ganancia. La ganancia de lazo abierto del amplificador operacional es tan grande que no afecta a la ganancia del circuito de lazo cerrado. No veo 5V y GND juntándose en ninguna parte. Tendrá que ser más específico agitando menos las manos.
@OlinLathrop Ad: "ganancia diferencial", creo que esto significa ganancia de voltaje a la salida, no estoy seguro de cómo calcular cuánto Ad hay en este circuito. Vin+ es la entrada positiva en el amplificador operacional, que es donde va la salida del joystick. Vin- es donde entran los 2.5V. Si está de acuerdo con todo eso, en el caso ideal, el rango de voltaje después de pasar por el amplificador operacional será [-1Ad, 1Ad]. No puedo pensar en un valor para Ad que pueda convertir el rango de Vout en [0,5]. Tal vez los comentarios afecten a Ad de alguna manera que no entiendo. ¿Cómo se calcula la retroalimentación?
@OlinLathrop Supongo que R4 proporciona una ruta para que la señal Vout cree un bucle de retroalimentación en Vin-, pero no sé qué efecto tiene.

Esto es posible con un solo amplificador operacional. Lo que estás tratando de hacer es cambiar de nivel y amplificar . Solíamos hacer esto todo el tiempo. Son útiles en robots donde tiene un sensor con un rango de salida de voltaje analógico pequeño y desea expandir el cambio de voltaje para que pueda obtener la máxima resolución de su ADC.

Por lo general, los haríamos con compensación y ganancia variables, de modo que pudiéramos ajustarlos para cada sensor en el robot.

Cambio de nivel variable de amplificador operacional y amplificación

Una vez que haya realizado la configuración correcta, siempre puede medir las resistencias de las ollas y, en su lugar, usar resistencias de valor fijo.

O puede calcular los valores directamente:

Cambio de nivel de amplificador operacional y amplificación

Hay una calculadora en línea para ayudarte a calcular los valores de resistencia.

Correcto, pero necesita proporcionar sus voltajes de suministro.
@clabacchio - Cierto. Pero creo que podemos suponer que hay 5v disponibles.
Tenga en cuenta que esto se invierte. Eso podría ser un problema en la interfaz de usuario si el joystick debe moverse en la dirección opuesta a la intuitiva para aumentar la velocidad del motor.
Gracias por señalar que esto se llama cambio de nivel.

Contrariamente a lo que dice Cybergibbons, es electrónica analógica bastante simple. Pero debe especificar qué suministro tiene la intención de usar para su circuito.

Necesita un circuito que reduzca su señal de modo común (1,5 V) a 0 y aplique una ganancia de 5/2 = 2,5 al resto. Puede hacerlo fácilmente con un cambiador de nivel basado en Op-Amp con algo de ganancia.

Una solución es usar un restador analógico con un voltaje de referencia colocado en 1.5 V, una solución aún más simple es simplemente un amplificador no inversor con la referencia en el lugar correcto.

Este circuito hará el trabajo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El Opamp es solo el predeterminado en el simulador, es posible que necesite otro, según el suministro.

Es un amplificador no inversor con ganancia dada por R 1 + R 2 R 1 , y el voltaje de referencia hace que el voltaje cambie.

Es simple si solo está dibujando un esquema: la complicación viene con el requisito de que la señal debe ir de 0 a 5 V y es una entrada a un controlador de motor. 0.05V no lo va a cortar, por lo que necesita un amplificador operacional de suministro dividido. Eso significa que debe proporcionar un suministro dividido, lo que implica un gran esfuerzo adicional.
@Cybergibbons no tanto, dependiendo de lo que tenga; y, usando amplificadores operacionales de riel a riel, también podría hacer el trabajo sin él.
Posiblemente. Me han enseñado que confiar en el rendimiento de riel a riel es un poco imposible para el control por varias razones. En primer lugar, riel a riel nunca es realmente riel a riel: los amplificadores operacionales de mejor rendimiento llegan a alrededor de 10 mV, lo que puede causar problemas. En segundo lugar, no son tan lineales en esa región. En tercer lugar, si carga la salida, el rendimiento de riel a riel empeora mucho (un control de motor puede cargar la salida, no lo sabemos). Por supuesto, si el controlador del motor tiene una banda muerta, no importa.
@Cybergibbons bueno, sobre la degradación del rendimiento, puede que tenga razón (no lo sé), pero Analog Devices tiene amplificadores operacionales de riel a riel que van a aproximadamente 2-5 mV (máx.) de los rieles. Pero este problema no existe si tiene un suministro de 12 V, por ejemplo, por lo que depende de cómo quiera suministrarlo. Acerca de la capacidad de conducción, puede usar otro amplificador operacional para amortiguar la señal, siempre que tenga el suministro correcto.
@Cybergibbons: ¿es más probable que un pin de salida PWM del procesador llegue a 10 mV de tierra, incluso con un ciclo de trabajo del 0%?
@MikeJ-UK Sí, PWM le dará 0 V perfectos (si la carga está conectada a tierra) y 5 V casi perfectos (la desviación es la corriente de carga multiplicada por el PMOS en resistencia).
@ MikeJ-UK Esperaría que PWM proporcione entre 10 y 50 mV en la mayoría de los microcontroladores cuando se usa un VCC alto como 5V.
@Cybergibbons No, si la carga solo absorbe corriente (no genera ninguna corriente), un PWM con una relación de trabajo del 0% creará una salida perfecta de 0 V, porque ninguna corriente creará una caída en la resistencia del NMOS.
Conversión de nivel de voltaje analógico (cambio de nivel)
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