Jak zmierzyć napięcie ujemne za pomocą ADC?

Pracuję z mikrokontrolerem PIC z wbudowanym 10-bitowym przetwornikiem ADC i chcę mierzyć napięcie w zakresie od -1 do -3 V.
Pomyślałem o zastosowaniu wzmacniacza operacyjnego w trybie odwracania, aby napięcie było dodatnie, a następnie doprowadziłem je do zasilacza mikrokontrolera, ale tutaj musiałbym zasilić opamp ujemnym zasilaczem, prawda? Nie chcę w tej chwili korzystać z ujemnego źródła zasilania i zastanawiałem się, czy można osiągnąć taką konfigurację? Czy możesz mi pomóc?

Wzmacniacz odwracający nie musi negatywnie szynę odwrócić napięcie.

Spróbuj pomyśleć o swoich szynach zasilających, które dostarczają twoją moc. Jeśli spojrzysz na obwód, wszystkie piny wzmacniacza operacyjnego są podłączone do napięcia 0 V lub wyższego. Kiedy pojawi się twój zakres od -1 do -3, wyświetli się jako dokładna odwrotność 1 do 3 na wyjściu. Daje to również pewne zalety jako bufor, ponieważ impedancja wejściowa twojego pinu nie wpłynie bardzo na ten obwód (o ile R _w || R _f jest duże).

Zgadzam się, że prosty dzielnik rezystorów spełnia swoje zadanie - po prostu informując, że to również działa.

Można użyć dzielnika napięcia z jednym końcem zwisającym z dodatniej szyny zasilającej. Powiedzmy, że masz taki sam z rezystorami i zasilaczem 5 V, to spowoduje napięcie między + 2 V a + 1 V dla zakresu od -1 do -3 V.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+

Pomysł dzielnika napięcia jest fajny, tani, ale daje problem zmiany napięcia, które ma być mierzone, będzie widoczne jako 1/2 zmiany na wejściu ADC. Jeśli interesujące są dokładne pomiary, rozwiązaniem jest dioda Zenera jako dolna połowa dzielnika. Jeśli rzecz mierzona może znieść utratę małego prądu, zadziała to świetnie. Zenery nie są absolutnie płaskie w swoim odwrotnym napięciu przebicia, szczególnie dla bardzo małych prądów, więc nie rób R1 zbyt dużym.

Teraz sprawdź, czy ta witryna wymiany stosów pozwala mi dodawać obrazy ...

Jest to standardowy obwód dla tego rodzaju konwersji. Symulowałem to, aby udowodnić komuś, że zadziałało, stąd schemat SPICE. Musisz wybrać odpowiednie wartości rezystorów, działa tak długo, jak są to 2R, 2R i R.

Jestem teraz w (nieelektronicznej) pracy, bez podręcznej elektroniki lub książek, więc to będzie tylko szorstki pomysł. Może ktoś inny może podać dane ...

Wypróbuj aktualne lustro, używając pary tranzystorów PNP zawieszonych na szynie Vcc. Doprowadzić ujemny sygnał napięcia do strony wejściowej lustra przez odpowiedni rezystor. Ten sam prąd powinien następnie przepłynąć przez tranzystor wyjściowy zwierciadła. Dzięki dobrze dobranemu opornikowi tworzysz zakres napięcia od 0 V do Vcc.

EDYCJA - NOWOŚĆ: Oto aktualny schemat lustrzany. Niezależnie od prądu przepływającego przez tranzystor T1, T2 spróbuje wytworzyć taki sam przepływ prądu. Napięcie ujemne, które ma być zmierzone, w stosunku do zasilacza, który losowo wybrałem na 15 V, tworzy pewną strużkę prądu przez R1 (mierzoną w symulacji jako „prąd wejściowy”). Gdyby R2 było takie samo jak R1, można by znaleźć na nim takie samo napięcie, gdyby było na to pozwolenie. Ale jest podłączony do 0 V (GND) - nasz obwód opiera się wyłącznie na dodatnim zasilaniu. Nie będzie działać, dopóki nie zmniejszymy R2, powiedzmy 1/2 R1, wtedy napięcie na nim będzie 1/2 tego, co jest na R1. Zmierz to, zrób matematykę (whoo, pomnóż przez 2, ciężko!) I gotowe. Schemat ma różne wartości, inny stosunek , ale myślę, że wszyscy możemy sobie z tym poradzić.

Zaletą tego nad prostym dzielnikiem napięcia jest to, że 1) wygląda na bardziej skomplikowany, 2) jest powszechną sztuczką w projektowaniu analogowych układów scalonych. Ponieważ napisałem inną odpowiedź za pomocą diody Zenera, nie jestem teraz pewien, dlaczego jest to lepsze, ale jest to alternatywa dla dzielnika napięcia i może pozwolić na uzyskanie różnych zakresów napięć lub coś w tym rodzaju. Teraz pozwalam innym komentować mądrość lub głupotę tego pomysłu ...

Może nawet nie potrzebujesz wzmacniacza operacyjnego. Niektóre ADC (jak MCP3304, patrz arkusz danych: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf) mają wbudowany tryb różnicowy, w którym ADC zwraca różnicę dwóch kanałów, co może być liczba ujemna Jeśli podłączysz jeden kanał do ziemi (nazywany trybem pseudo-różnicowym), ADC może zaakceptować ujemne napięcie wejściowe na drugim i przekształcić je na liczbę ujemną, wszystko bez potrzeby stosowania napięcia ujemnego.

Oczywiście dotyczy to tylko sytuacji, gdy ADC obsługuje takie rzeczy. Wiele nie ma w ogóle trybu różnicowego.

Myślę, że są już bardzo dobre odpowiedzi, ale lubię publikować inne podejście, że używam siebie do robienia zasadniczo tego samego.

Mógłbyś użyć opampowego oprzyrządowania (jak LT1167)? Potrzebowałbyś jednak szyny ujemnej, ale czy nie dałoby to większej dokładności? a także lepsze sposoby wzmocnienia napięcia, jeśli jest to pożądane, poprzez dodanie jednego opornika.

dodanie szyny ujemnej jest tak proste, jak dodanie czegoś w rodzaju minmax MCW03-05D05.

Problem z używaniem rezystorów polega na tym, że bardzo trudno jest znaleźć identyczne rezystory, co dałoby ci błąd, który musiałbyś poprawić.