Problemas para amplificar las diferencias de potencial de mV

Estoy tratando de ayudar a mi hija con su proyecto de feria de ciencias de medir la eficiencia de diferentes tipos de iluminación doméstica en diversas condiciones de calefacción. Como ella no tiene la experiencia en electrónica, me ofrecí para hacer el registrador de datos actual.

Para medir la corriente que entra en la luz, estoy usando una bobina toroidal de hombre pobre (ver imagen). Obtengo una diferencia de potencial entre los dos extremos de la bobina de alrededor de 2-4 mv CA cuando se enciende una lámpara típica. Estoy tratando de amplificar esta diferencia de potencial para poder alimentar alrededor de 2-5V de CC analógica en un Arduino para el registro de datos.
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Hasta ahora he intentado solo la rectificación de diodo estrecho (que no funcionó porque sospecho que el voltaje de entrada a Ardunio no es suficiente). Luego traté de usar un amplificador operacional 741 para amplificar este potencial, sin embargo, eso también está fallando (ver el circuito a continuación) ya que no obtengo voltaje de salida (no estoy seguro de por qué).ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi pregunta es: ¿alguien puede indicarme un circuito simple para aumentar esta diferencia de potencial en mi bobina a algo que pueda rectificar y registrar? ¿O hay una manera más simple (económica) de lograr el registro de datos de nivel actual?

EDITAR:

Le suministré +/- 5V al 741, ya que ese es el V máximo que puede manejar el Aurdino. La bobina Toriodal se fabricó con un trozo de tubo de acero de 2" (3/4" de diámetro) de largo cubierto con cinta aislante. Tenía 200 vueltas de alambre magnético de 20 ga. Hay una hendidura en el costado de la tubería. R1 era una resistencia de 10 ohmios y R2 era una resistencia de 1500 ohmios. Pensé que eso debería haberme dado varios cientos de milivoltios de CA, pero no obtuve ninguna salida en el pin 6. Si eso hubiera funcionado, estaba planeando pasar de una resistencia de 10 ohmios para R1 a una resistencia de 1 ohmio. Si hay un mejor amplificador operacional para usar, puedo cambiar el 741.

Conecté un extremo de la bobina a la entrada 741 (3 en el diagrama) y el otro lo conecté al suelo.

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Editar: cifras para recomendar Op Amp en los comentarios.ingrese la descripción de la imagen aquí

1 - Proporcione más detalles sobre su "bobina toroidal del pobre". 2 - ¿Qué voltajes de alimentación usó para el 741? No funcionan bien con menos de +/- 15. 3 - ¿Qué resistencias usaste? 4 - Como está intentando hacer un transformador de corriente, necesita cargar la salida secundaria.
Le suministré +/- 5V al 741, ya que ese es el V máximo que puede manejar el Aurdino. La bobina Toriodal se fabricó con un trozo de tubo de acero de 2" (3/4" de diámetro) de largo cubierto con cinta aislante. Tenía 200 vueltas de alambre magnético de 20 ga. Hay una hendidura en el costado de la tubería. R1 era una resistencia de 10 ohmios y R2 era una resistencia de 1500 ohmios. Pensé que eso debería haberme dado varios cientos de milivoltios de CA, pero no obtuve ninguna salida en el pin 6. Si eso hubiera funcionado, estaba planeando pasar de una resistencia de 10 ohmios para R1 a una resistencia de 1 ohmio. Si hay un mejor amplificador operacional para usar, puedo cambiar el 741.
@WhatRoughBeast, ¿qué quiere decir con la salida secundaria?
Cualquier transformador (excepto, en cierto sentido, un autotransformador) tiene un devanado primario y otro secundario. En su caso, el primario es el cable de alimentación y el secundario son las múltiples vueltas alrededor del núcleo. Investigue un poco sobre "transformador de corriente". Pruebe algo como un TL081 para su amplificador operacional.
Gracias ¿Qué propiedades del TL081 te llevan a recomendarlo?
La hoja de datos. ti.com/lit/ds/symlink/tl081.pdf figuras 5 y 6.
No necesita un circuito no inversor ya que amplificará la CA. Use más como 10K y 1K o 100K y 10K. O use R1 = 10K y para R2 use un bote de 1M. Los 10 ohmios son demasiado pequeños. ¿Su medidor tiene una interfaz serial? Puede usar la configuración de voltaje de CA para obtener un valor RMS real de la salida del amplificador operacional.
Explique con más detalle el transformador de corriente que hizo: ¿para qué sirve la ranura?
@Andyaka La hendidura es para que el cable pase más fácilmente y así pueda empujar la bobina sobre el cable hasta la lámpara sin cortarla. Como estaba obteniendo potencial a través de los cables de la bobina, no pensé que necesitaba cerrarlo.
@C.TowneSpringer Lo siento, mi medidor no tiene una interfaz serial. Intentaré usar resistencias más grandes e informaré.

Respuestas (2)

Su amplificador se ve bien en teoría. Lo más probable es que el 741 y la baja señal de entrada sean los culpables. El µA741 es un OpAmp muy antiguo. Era un buen chip hace 40 años. En estos días, solo debe usarlos (si es que los usa) con fines educativos. (Son pequeños chips realmente robustos que pueden soportar muchos abusos, por eso son populares en la escuela y la universidad).

De todos modos, volviendo al tema: he diseñado algo que puede funcionar para ti:

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U1 es su amplificador no inversor. Elegí algunas resistencias razonables que dan una ganancia de alrededor de 256.

U2 es un detector de picos. Los semiciclos positivos amplificados se rectifican y cargan el capacitor C1 hasta el voltaje máximo visto en la entrada OpAmp no inversora. Después de algunos ciclos de red, verá un voltaje constante aquí.

Ahora puede probar este voltaje desde el pin de salida. Si desea realizar una nueva medición, simplemente coloque un pulso alto de 0,1 segundos (3,3 o 5 V) en la entrada de reinicio. Esto permitirá que el transistor conduzca y descargue el capacitor para la próxima medición.

Necesita una fuente de alimentación bipolar (no se muestra). +/- 5V está bien.

Si tiene que ir a comprar un OpAmp, intente obtener un OpAmp de precisión que tenga suficiente cumplimiento de salida. Por ejemplo, querrá algo que pueda conducir la salida lo más cerca posible del suministro positivo. El TL081 sugerido por otros no hará esto. Con un suministro de +/- 5V solo subirá a 2V. Idealmente, querrá un OpAmp de riel a riel, pero también puede salirse con la suya con un LM358 barato (sube a 3.5V con un suministro de +/- 5V).

Una última cosa: es posible que desee poner algunos devanados más en su inductor. 2 a 4 mV no es mucho y está cerca del ruido generado por los propios amplificadores operacionales. Un voltaje de entrada saludable estaría en el rango de 20 a 40 mV. Ajuste las resistencias alrededor de U1 en consecuencia.

¿Debería haber una resistencia de carga en la bobina misma, dado que, de lo contrario, solo está conectada a una entrada de muy alta impedancia?
@pjc50 Jup! Debería haber uno. Lo olvidé. Editaré la publicación más tarde.

Usar solo un diodo no funcionará porque el voltaje es demasiado pequeño para superar el voltaje de encendido de 0.7V de un diodo de silicio. Sin embargo, puede combinar el diodo con el amplificador operacional 741 para crear un diodo de precisión que funcionará a niveles de entrada de milivoltios porque el voltaje de encendido del diodo se divide por la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional. Simplemente busque en Google "circuito de diodo de precisión" para encontrar una variedad de configuraciones que puede usar.

¿Está diciendo que la razón por la que falló mi amplificador no inversor es que el voltaje de entrada era solo de 3 mV?
No sé. ¿Cómo conectaste la bobina al amplificador? ¿Proporcionó una ruta de CC para la entrada no inversora? En cualquier caso, la salida seguiría siendo de CA y tendría que rectificarse para producir un voltaje de CC. Si muestra el circuito completo, entonces se puede criticar mejor.
No estoy preocupado por la rectificación todavía. eso es fácil de hacer en una etapa posterior una vez que se aumenta la señal. Mi pregunta era sobre cómo aumentar las diferencias potenciales que veo en mi bobina a un nivel utilizable. El circuito que traté de usar amplificación se muestra en la pregunta.
Problemas para amplificar las diferencias de potencial de mV
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