OP AMPs: ADC Buffer en divisor de voltaje más protección

He estado leyendo muchos hilos en el pasado, pero tengo algunas preguntas que todavía no me quedan claras. ¡Por favor ayúdame en esto! Se adjunta imagen del circuito.

Básicamente, estoy usando ATmega328 para leer un fotodiodo. He construido un amplificador de transimpedancia usando el fotodiodo y OPAMP AD712 (también estoy considerando OP07C). El amplificador de transimpedancia utiliza una resistencia de 9-10 Mega Ohm con un capacitor de 15 pf para convertir la corriente del fotodiodo en voltaje y agregarle algo de ganancia. Entiendo que esto sigue la Ley de Ohmios, es decir, V=I*R donde R = 10 Mega ohmios e I es la corriente generada por el fotodiodo (en nAmperes). El OP AMP AD712 (el primero en el circuito) tiene 2 OP AMP integrados. Para simplificar, consulte la convención de nomenclatura de OP AMP a continuación:

1st OP AMP's AD712's internal first OPAMP: *OP1A
1st OP AMP's AD712's internal second OPAMP: *OP1B
2nd OP AMP's AD712's internal first OPAMP: *OP2A
2nd OP AMP's AD712's internal second OPAMP: *OP2B

Luego paso este voltaje a otro OP AMP (OP2A - nuevo AD712 que deja el segundo OP AMP en el primer AD712 sin usar) usando la resistencia variable R1 y R2 para obtener una ganancia en -(R2/R1). Tenga en cuenta que el voltaje del OPAMP anterior era negativo, por lo tanto, después de la ganancia, se vuelve positivo.

Hasta esta etapa, hemos usado un opamp del 1er AD712 (OP1A) y el primer opamp del 2nd AD712 (OP2A).

Mi primera pregunta es si uso ambos amplificadores operacionales del primer AD712, ¿provocará algún problema? ¿Puede un opamp en un IC afectar a los otros opamp(s) en el mismo paquete?

En el futuro, paso la salida de ganancia a un búfer usando OP1B. Entiendo que no todos los amplificadores operacionales están contentos con la configuración de ganancia unitaria (¿búfer?). La hoja de datos AD712 especifica que es estable en ganancia unitaria.

La salida de este búfer luego pasa a un filtro de paso bajo que usa 1K en serie y 1uf en paralelo a tierra. La impedancia efectiva (o resistencia DC simple) es 1K. Esta señal luego pasa a un divisor de voltaje usando otro 1K en serie y un potenciómetro variable de 2k en paralelo. He configurado la variable a 1429 ohmios porque cuando la entrada viene como +12 voltios, la salida del divisor de voltaje debería darme 5,001 voltios. Estoy convirtiendo efectivamente el 0 - 12v de opamp (ganancia) a 0 a 5 voltios.

Pregunta: Entiendo que el divisor de voltaje con estas resistencias será bastante lineal. ¿Es esto correcto?

También entiendo que pierdo la resolución, ya que el ADC puede leer 0,0049 voltios tal cual (ADC de 10 bits con vref = 5v), lo que significa que el ADC debería poder leer una diferencia de 0,01 voltios cuando se divide el voltaje (0,01 en la entrada). será 0.0040 en el divisor y .02 será 0.0090 en el divisor).

Luego muevo esta señal a otro búfer (ya que no quiero que la impedancia de mi divisor juegue ningún papel en la desviación de la señal y no quiero cargar en el divisor, así que asegure la máxima linealidad. Más ventajas se enumeran a continuación) OP2B y planeo leerlo a través del ADC. Veo esto como una ventaja porque ahora puedo configurar otro filtro de paso bajo justo antes de la entrada del ADC sin preocuparme de que la resistencia efectiva supere los 10 K, que se indica como la resistencia máxima en la entrada del ADC en la hoja de datos de ATmega328.

Tenga en cuenta que planeo colocar un diodo schottky con +5 en el lado (-) para brindar protección a ADC.

Ahora mis pocas preguntas:

  • ¿Suena lógico lo anterior o me estoy perdiendo algo fundamental? (¡Lo siento, este es mi primer proyecto electrónico y soy programador!)
  • Todos los amplificadores operacionales son de riel a riel con suministro de +12 y -12. ¿Qué sucede si proporciono +5..+5.5 al último amplificador operacional de búfer para que su salida nunca exceda su riel, lo que me permite omitir los diodos Schottky?
  • ¿Cuánta ganancia puedo obtener desde la perspectiva de CC sin ningún problema? (Traté de entender los gráficos de ganancia frente a frecuencia, pero no puedo entenderlo. CC es 0 Hz o 1 Hz)
  • ¿Debo poner algunos condensadores de derivación en la línea de señal? por ejemplo, después del amplificador de transimpedancia, coloque una pequeña tapa en paralelo para permitir que la señal de alta frecuencia (ruido) se conecte a tierra ... * Si la respuesta anterior es sí, entonces, ¿cómo decido el valor del condensador de modo que no causa retraso en mi señal?

¡Circuito en cuestión!

Los dos diodos Schottky en la salida NUNCA deben usarse de la manera que se muestra. Esta disposición está destinada a sujetar una fuente de alta impedancia, generalmente aquí como un medio de protección de semiemergencia. Aquí lo está utilizando para restringir la fuerza bruta del búfer de conducción: esto sobrecargará el búfer, posiblemente bombeará los rieles de sujeción (según otra pregunta suya) y afectará la respuesta de frecuencia y la integridad de la señal. Si esto es como un medio de protección de emergencia, podría aplicarse a la entrada del mismo IC de búfer donde las resistencias de 2 x 1K proporcionarán aislamiento del controlador. ...
... A menos que su ADC sea muy, muy, muy sensible a la sobrecarga de entrada, debería poder confiar en que el controlador de búfer haga su trabajo. Si no es así, entonces su diseño necesita mejorar. Una alternativa a la sujeción de fuerza bruta aquí es diseñar la ruta de retroalimentación para que la señal se limite a través de la retroalimentación cuando la salida se acerque a las especificaciones.

Respuestas (1)

Hay un montón de preguntas separadas en el texto aquí, así que hablaré de ellas también.

Mi primera pregunta es si uso ambos amplificadores operacionales del primer AD712, ¿provocará algún problema? ¿Puede un opamp en un IC afectar a los otros opamp(s) en el mismo paquete?

Esto no hará ningún daño: los fabricantes de circuitos integrados prueban sus piezas como si estuviera utilizando ambos componentes.

Entiendo que el divisor de voltaje con estas resistencias será bastante lineal. ¿Es esto correcto?

Mmm. El problema que veo es que estás cargando tu filtro de paso bajo. Esto no es necesariamente algo malo, pero es posible que no haga lo que espera: ya no tiene un filtro RC, sino un circuito R (C || R), que tiene una respuesta diferente.

¿Es posible cambiar su circuito para que el filtro de paso bajo esté integrado en el búfer? Por ejemplo, podría usar un filtro de paso bajo activo genérico de primer orden:

LPF activo

Entonces, su divisor de voltaje no tendrá un efecto en el filtro de paso bajo (ya que el amplificador operacional puede suministrar la corriente adicional a la rama R || C, dejando intacto su divisor de voltaje).

También entiendo que pierdo la resolución, ya que el ADC puede leer 0,0049 voltios tal cual (ADC de 10 bits con vref = 5v), lo que significa que el ADC debería poder leer una diferencia de 0,01 voltios cuando se divide el voltaje (0,01 en la entrada). será 0.0040 en el divisor y .02 será 0.0090 en el divisor).

Correcto, ese es el punto. De esta manera, sus pasos de voltaje son más grandes (malos) pero su medición máxima es más alta (bueno).

¿Suena lógico lo anterior o me estoy perdiendo algo fundamental?

Todo esto tiene sentido para mí.

Todos los amplificadores operacionales son de riel a riel con suministro de +12 y -12. ¿Qué sucede si proporciono +5..+5.5 al último amplificador operacional de búfer para que su salida nunca exceda su riel, lo que me permite omitir los diodos Schottky?

Esto podría funcionar. Sin embargo, tenga cuidado: la mayoría de los amplificadores operacionales de riel a riel solo pueden acercarse a sus rieles cuando no están suministrando mucha corriente a su salida. Si su salida es +4.95 V con un riel de +5 V, cuando su ADC atrae un pico de corriente, la salida caerá momentáneamente. No sé qué tan lejos, esto depende de la cantidad de corriente que tome su ADC y qué tan bueno sea su amplificador operacional cerca del riel, pero es algo en lo que pensar.

¿Cuánta ganancia puedo obtener desde la perspectiva de CC sin ningún problema? (Traté de entender los gráficos de ganancia frente a frecuencia, pero no puedo entenderlo. CC es 0 Hz o 1 Hz)

Realmente no sé cómo responder a esto; podría ser una pregunta de estabilidad y no tengo mucha experiencia allí. CC es 0 Hz.

¿Debo poner algunos condensadores de derivación en la línea de señal? por ejemplo, después del amplificador de transimpedancia, coloque una pequeña tapa en paralelo para permitir que la señal de alta frecuencia (ruido) se conecte a tierra... ¿cómo decido el valor del condensador de modo que no provoque un retraso en mi señal?

¡Ya estás haciendo esto! La mitad de su filtro de paso bajo es un condensador a tierra.

Puede elegir un condensador en función de la cantidad de resistencia que lo rodea. Como sabe, una resistencia y un capacitor en serie forman un filtro de paso bajo, que tiene una cierta cantidad de cambio de fase asociado. La decisión es esencialmente una compensación entre la frecuencia de corte y cuánto cambio de fase puede tolerar en las frecuencias de su señal.

nota al margen: esta es una pregunta enorme. Si puede reducir su pregunta a algo más específico, obtendrá respuestas mucho mejores y más rápidas. Muchas personas dejarán de leer tan pronto como vean un muro de texto, así que cuanto más corta sea tu pregunta, mejor.

Gracias por su esfuerzo. Intentaré cambiar el circuito de paso bajo y veré cómo reacciona el circuito. Gracias por el consejo para desglosar las preguntas.