Entrada analógica a ATMEGA328P usando un amplificador operacional: ¿cómo funciona este circuito?

Estaba buscando una buena solución para usar un montón de componentes y leer 0-10V/0-20mA y entradas digitales usando mi Arduino Pro Mini (ATMEGA328P trabajando a 3.3V).

Encontré en línea este esquema de SferaLabs, la placa de referencia es Iono Arduino , aquí puedes encontrar el esquema completo , y siguiendo la sección interesante:

Entradas multimodo

Encuentro este esquema realmente interesante, parece que, usando un solo amplificador operacional, es capaz de administrar: una entrada digital O una entrada analógica de 0-10 V O una entrada analógica de 0-20 mA (como se informa en la página 8 del manual del usuario de la placa ) :

manual de usuario

Ahora, necesito saber dos cosas:

  • Si cableo 3.3V en el cátodo BAT54S (círculo rojo en la foto principal) y el VLIM del LM224D , ¿funcionará el circuito sin ningún problema?
  • ¿Alguien puede ayudarme a entender cómo se configuró este amplificador operacional no inversor para que funcione así?
Tendría que adaptar la ganancia del amplificador operacional si se diseñó para generar un valor analógico de 0-5 V para adaptarse al nuevo requisito de 0-3,3 V. Aunque no verifiqué cuál es el rango de voltaje de salida original.
El opamp es simplemente un búfer de voltaje, el opamp mide el voltaje en su entrada + y luego copia el mismo voltaje en su salida.
@MarkoBuršič, puede leer (en la página 6) "compatible con placas Arduino de voltaje operativo de 5.0V y 3.3V con pinout 1.0"

Respuestas (1)

Resolviendo para V2: Vout=Vin * R2/(R1+R2)= Vin* 0.3299

Entonces, a 10 V en V2, obtienes una salida de 3.3 V.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Resolviendo para I2:

Vsal = I2*165

Vsalida = 20mA*165 = 3.3V

esquemático

simular este circuito

Para usar este circuito con suministro de 3.3V, debe usar un opamp de riel a riel para maximizar el rango de salida y luego recalcular las resistencias, de modo que el voltaje de salida esté en el rango del máximo. salida de amplificador operacional. Por ejemplo, en lugar de tener un divisor de voltaje de 0,33 para V2, usa un divisor de 0,3. Con una entrada de 10 V, obtiene solo una salida de 3 V, pierde ese rango de voltaje de 0.3 de ADC.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver que LM224D solo puede emitir Vcc-1.5V, por lo que no es adecuado para usted, si no lo suministra con al menos 5V.

EDITAR:

Si va a utilizar el suministro de 3,3 V, tampoco se necesita una resistencia limitadora de salida de 2,2 k.

EDIT2:

Vuelva a calcular las resistencias para el voltaje de salida de 0-3V:

  1. R s h tu norte t = 3 V 20 metro A = 150 Ω , por lo que el mismo R54, sin R32 (15 ohmios) en cortocircuito.
  2. De resolver para V2. R2=47.15, R1=?

0.3 = R 2 R 1 + R 2

0.3 ⋅ ( R 1 + R 2 ) = R 2

0.3 ⋅ R 1 + 0.3 ⋅ R 2 = R 2

0.3 ⋅ R 1 = R 2 ⋅ ( 1 − 0.3 )

R 1 = R 2 0.7 0.3 = R 2 ⋅ 2.333

R 1 = 110.01 k Ω

R 50 = 110.01 − 2 ⋅ 47 = 16.01 k Ω ≈ dieciséis k Ω

Entonces, Marko, ¿qué amplificador operacional sugieres usar? ¿Y qué valores de resistencia tengo que usar? por favor ayúdame a averiguar :)
@VirtApp Intente buscar en Google primero: "suministro único de amplificador operacional cuádruple de riel a riel de compensación baja". Luego elige a tus candidatos, la deriva, la temp. la estabilidad es importante para el precio.
¿Tal vez algo como un lmv324 puede ser una buena opción? ¿Qué valores de resistencia necesito usar? Tengo un poco de dificultad para recalcular la resistencia...
@VirtApp lmv324 no es una buena opción, ya que la señal de entrada debe ser máx. Vcc-1V.
Tal vez el OP495 es una buena elección, lo he buscado y parece bastante bueno, he mirado el voltaje de compensación... ¿Estoy en el camino correcto?
Si entendí todo, las resistencias serán: R50: 16.2k (como valor comercial), se quitará el R32, también se quitará el R36. todas las otras resistencias estarán intactas, ¿verdad?
También sobre el OPAMP, elegí este (TLV274), es un riel a riel, fuente de alimentación única y compensación baja, puede consultar aquí: datasheet.lcsc.com/szlcsc/…
@VirtApp ¿Qué pasa con MCP6009, tiene una oscilación de voltaje de salida de 80 mV? ¿O LMV324A? Hay tantos, el TLV274 parece tener una oscilación de voltaje de salida demasiado grande, el OP495 es costoso pero tiene una compensación de bajo voltaje, etc. Depende de la precisión VS. precio que quieras. Tenga en cuenta que también las resistencias al 0,1% son caras.
Pero el LMV324A informa esto en la hoja de datos: "El rango de voltaje de modo común de entrada de la familia LMV3xxA se extiende 100 mV más allá del riel de suministro negativo y dentro de 1 V por debajo del riel positivo para el rango completo de voltaje de suministro de 2.5 V a 5.5 V", entonces, ¿Puedo usar el LMV324A?... ¡Tal vez no he entendido tus oraciones anteriores!
Además, JLCPCB tiene solo una pequeña cantidad de piezas... serías muy amable si pudieras darme alguna referencia de pieza que pueda verificar si JLCPB las tiene disponibles o no... ¡muchas gracias amigo!
¡Esto es raro, en mensajes anteriores me dijiste que el LMV324 no es una buena elección! ¿Me equivoco?
En cuanto a las resistencias, pasan a ser: R50: 16.2k (como valor comercial), se quitará el R32, también se quitará el R36. todas las otras resistencias estarán intactas, ¿verdad?
@VirtApp LMV324 no es LMV324A. Puede dejar el R36, también puede reservar una huella para el condensador de extremo a GND, puede ser útil para filtrar. Podría buscar, posiblemente para eliminar R47 y R19.
Gracias, sobre las otras resistencias: R50 se convertirá en 16,2k y las otras las dejaré intactas.
tal vez después de todos esos comentarios, creo que es mejor editar su respuesta para documentar mejor todo ... además, aún no entiendo por qué ha recalculado la resistencia para 0-3V cuando el voltaje de la batería es 3.3V
@VirtApp El amplificador operacional de riel a riel puede generar un voltaje cercano al voltaje del riel, pero no al 100%. Puede dar salida a Vcc-swing. He vuelto a calcular para que el peor de los casos sea 0.3V, ya que no sabía qué opamp usar. Puede volver a calcular las resistencias de acuerdo con las especificaciones. de amplificador operacional. Recomendaría usar todas las resistencias como originales, luego coloca 0R o abre si no es necesario.
Marko, estoy pensando en una solución diferente para mantener la escala completa 0-3.3V... si dejo las resistencias originales y el opamp (LM224D) y usaré un convertidor elevador como el MCP1640T para bombear 5V desde 3.3V tal vez todos los problemas se resolvieron... ¿verdad?
@VirtApp El LM224 es la versión de temperatura extendida del LM324 económico y, por debajo de 25 °C, el rango de entrada de modo común termina en Vcc-2V. Así que simplemente usar cualquier opamp barato de riel a riel (p. ej., TLV9001, TC75S103F, NCS2006) a 3,3 V es seguro.
@CL., entonces, si considero usar el NCS2006, no tengo que cambiar nada más, ¿verdad?
No, solo utilízalo con 3,3 V.
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