Estoy usando un amplificador dual LM358D en este momento y mi objetivo es medir la sobrecorriente en 2 motores. Antes de hacer eso, hice una configuración de prueba para probar las ecuaciones y verificar la señal de salida del amplificador operacional. La ganancia se establece en 100 con resistencias estándar.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Como puede ver (no se preocupe por el nombre del amplificador operacional, olvidó cambiarlo), una caída de voltaje entre la resistencia de detección de corriente (algo que implementaré más adelante) es de 0,02 V (20 mV). El amplificador operacional lo amplifica por 100 en una situación ideal para que pueda leerlo con un STM32.
Sin embargo , cuando hago esto en realidad, el Vout es de alrededor de 0,7v y no cambiará hasta que disminuya los 4,98 hasta 4,1v. Cuando llega a ese punto, el Vout cambia drásticamente cuando lo disminuyo ligeramente y alcanza su salida máxima de 3.9v (son 3.9v porque conecté la fuente flexible a v- y el VCC del componente) cuando la señal que viene en el V - del amplificador operacional es 4v o inferior.
Mi pregunta es ¿Por qué no amplifica la diferencia entre 5v(v+) y 4.98v (v-) pero solo inicia la amplificación en 5v(v+) y 4.10v(v-)?
Revisé las ecuaciones con una calculadora en línea y usé el simulador de circuitlab y normalmente debería funcionar. ¿Qué estoy haciendo mal?
Mi configuración ideal sería:
ACTUALIZACIÓN 01/09/2018 He aumentado el voltaje Vcc para el amplificador operacional y gracias a ustedes ahora muestra un comportamiento algo normal. Sin embargo, encontré otro problema que en realidad es simple, pero parece que no puedo entenderlo. Para saber cuanta corriente toma la carga usamos la ley de Ohm. Entonces yo = U/R . Midiendo la caída de voltaje mientras detengo el motor con mi mano mientras le doy 7V al motor, tendrá una caída de alrededor de 35mV (0,035V). Cuando uso la ecuación, I= U/R = 0,035/1 = 0,035A. Sin embargo, no creo que esto sea realmente correcto, ya que el motor es bastante difícil de sostener con una mano. También tengo una pantalla en mi fuente de alimentación de construcción propia y cuando "cargo" el motor, la corriente aumenta a alrededor de 2,2A. Esta podría ser la corriente que la resistencia usa. ¿Significa que primero tengo que saber la corriente antes de calcularla?
Entonces, ¿voltio por amperio = 0,035 V/2,2 A = 0,0159 V = 15,9 mV por amperio? Lo busqué y la mayoría no lo explica completamente, solo el principio de la ley de ohm.
El amplificador operacional se alimenta con 5 voltios y la señal a medir es de 20 mV elevada a un voltaje de modo común de 4,99 voltios. El LM358 tiene un rango de modo común de entrada de 0 voltios a Vcc - 1,5 voltios, por lo tanto, le está pidiendo demasiado a este dispositivo. Si elevó la fuente de alimentación (solo para el amplificador operacional) a más de 6,5 voltios, funcionará.
El problema más específicamente es que el voltaje en el pin +Vin es 99% de 5 voltios o 4,95 voltios. Si redujo la ganancia aumentando las resistencias de entrada para que el voltaje en +Vin sea inferior a 3,5 voltios, entonces comenzaría a funcionar.
Si alimentó el amplificador operacional con 24 voltios y su señal está referenciada en la parte superior a 24 voltios, entonces podría reducir la ganancia de modo que +Vin no supere los 22,5 voltios. Esto haría que las resistencias de entrada fueran de 680 ohmios y tendría una ganancia frontal de 14,7, pero podría aplicar una etapa secundaria para obtener la ganancia general que necesita.
Además del problema del modo común, que requiere una fuente de alimentación para el amplificador operacional un par de voltios por encima de la señal, tiene errores en las resistencias y el voltaje de compensación del mapa operacional.
El voltaje de compensación es típicamente +/-3mV y puede ser tanto como +/-9mV en cualquier dirección. Esa es una compensación actual de +/- 0.45A.
También hay un problema con la tolerancia de las resistencias. Si una resistencia tiene un 1% de descuento, la entrada tendrá que ser un 1% de 5V diferente para que se equilibre, no un 1% de la diferencia. Eso es 50 mV, o una compensación actual de +/- 2.5A.
Esta no es una muy buena manera de medir la corriente si le importa mucho la precisión: puede obtener un amplificador operacional mejor, pero la sensibilidad a la tolerancia de la resistencia es un asesino. Si puede mover la resistencia de detección al lado bajo, los principales problemas desaparecen y puede calibrar el error de compensación**.
** No es tan simple, querrá polarizar el circuito para que la salida del amplificador operacional esté (en el peor de los casos) un poco por encima del suelo para garantizar que el amplificador operacional funcione en todas las condiciones. Luego reste esa compensación digitalmente. Pero entonces podrías usar el amplificador operacional más barato del planeta.
Marko Bursic
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Pedro Smith
Capitán escarcha