Аналоговое преобразование уровня напряжения (сдвиг уровня)

У меня есть джойстик, который выдает аналоговое напряжение где-то между 1,5 В и 3,5 В.

Я хочу преобразовать этот диапазон напряжения для управления контроллером двигателя, который принимает аналоговое напряжение от 0 до 5 В.

Как правильно сместить уровень и усилить?

— jfenwick
источник

Нет ли промежуточного микроконтроллера? Если это так, просто используйте АЦП.

— sptrks

Я думаю, что вы можете уточнить, что именно вы хотите сделать здесь. Вы пытаетесь масштабировать аналоговое напряжение от 1,5 В до 3,5 В до 0 В-5 В? Вы пытаетесь преобразовать аналоговое напряжение в какой-либо цифровой выход?

— bjthom

Повышающий преобразователь может помочь вам при переходе от 3,5 В до 5 В, но не при переходе от 1,5 В до 0 В. Его усиление всегда больше или равно 1.

— Telaclavo

@Telaclavo повышение здесь бесполезно, так как оно используется для питания, но мы предполагаем, что у него больше питания, чем 3,5 В.

— Clabacchio

Мы знаем, что это аналоговые напряжения. Какой у вас запас?

— Клабаккио

Ответы:

Вам нужно простое усиление 5/2 = 2,5 с центром около 2,5 В. Это легко, если предположить, что у вас есть 5 В, например, от контроллера мотора:

Это должен быть операционный усилитель «от шины к шине», который может работать от напряжения 5 В, как MCP6041 и многие другие. R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы создать 2,5 В, вокруг которых будет усиливаться входной сигнал. C2 ослабляет шум от источника питания 5 В даже больше, чем постоянный ток, создавая тихий и плавный уровень постоянного тока. Операционный усилитель имеет классическую конфигурацию положительного усиления, R4 и R3 устанавливают усиление. Полное сопротивление источника 2,5 В, создаваемого R1 и R2, эффективно добавляет к R3 в целях усиления, но это небольшой вклад в 1,2 кОм на 100 кОм. Усиление будет чуть меньше 2,5.

— Олин Латроп
источник

+1. Точнее говоря, вывод с рельса на рельс (здесь не требуется ввод с рельса на рельс)

— Джейсон С

@Jason - исправлено.

— Олин Латроп

Как вы выбрали значения для R1 и R2?

— Абдулла Кахраман

@abdullah: Поскольку напряжение питания составляет 5 В, а главное - 2,5 В, одним из ограничений было R1 = R2. Другой выбор заключался в том, каким должно быть полное сопротивление источника 2,5 В, то есть R1 // R2. Чем ниже, тем лучше, но чем ниже, тем больше ток. Я чувствовал, что 100 кОм было примерно так же высоко, как я хотел использовать R3, чтобы подавить посторонний шум. 1,2 кОм казалось достаточно низким импедансом относительно этого, и потребляет около 1 мА от источника 5 В, что звучало разумно.

— Олин Латроп

@jfenwick: Я не могу сказать, что вы думаете, что означают эти уравнения без ваших правильно определяемых терминов, таких как «Объявление». Кроме того, кажется, вы, возможно, пропустили тот факт, что в этой цепи есть отрицательная обратная связь, которая устанавливает усиление. Коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя настолько велик, что не имеет значения для усиления контура замкнутого контура. Я не вижу 5V и GND где-нибудь вместе. Вы должны быть более конкретным с меньшим размахом рук.

— Олин Латроп

Это возможно только с одним операционным усилителем. То, что вы пытаетесь сделать, это сдвиг уровня и усиление . Мы привыкли делать это все время. Они полезны в роботах, где у вас есть датчик с небольшим диапазоном аналогового выходного напряжения, и вы хотите расширить размах напряжения, чтобы получить максимальное разрешение от своего АЦП.

Мы обычно делали их с переменным смещением и усилением, чтобы мы могли настроить их для каждого датчика робота.

Операционный усилитель с переменным уровнем сдвига и усиления

Правильно настроив свои параметры, вы всегда можете измерить сопротивление горшков и использовать вместо них резисторы с фиксированным значением.

Или вы можете рассчитать значения напрямую:

Сдвиг и усиление операционного усилителя

Есть онлайн калькулятор, который поможет вам определить значения резисторов.

— Rocketmagnet
источник

Правильно, но он должен предоставить свои напряжения питания

— клабаккио

@clabacchio - правда. Но я думаю, мы можем предположить, что есть 5v.

— Ракетный магнит

Обратите внимание, что это инвертирует. Это может быть проблемой в пользовательском интерфейсе, если джойстик нужно перемещать в противоположном от интуитивного направления направлении, чтобы повысить скорость двигателя.

— Олин Латроп

Спасибо за указание, что это называется смещением уровня.

— jfenwick

Вопреки тому, что говорит Cybergibbons, это довольно простая аналоговая электроника. Но вы должны указать, какой источник питания вы собираетесь использовать для своей схемы.

Вам нужна схема, которая понижает ваш сигнал синфазного сигнала (1,5 В) до 0 и применяет усиление 5/2 = 2,5 к остальным. Вы можете легко сделать это с помощью сдвига уровня на основе операционного усилителя с некоторым усилением.

Решение состоит в том, чтобы использовать аналоговый вычитатель с опорным напряжением, установленным на 1,5 В, еще более простым решением является неинвертирующий усилитель с эталоном в нужном месте.

Эта схема сделает работу:

введите описание изображения здесь

_{^{Операционный усилитель - это просто симулятор по умолчанию, вам может понадобиться другой, в зависимости от комплектации.}}

$\dfrac{R_1 + R_2}{R_2}$

— клабаккио
источник

Это просто, если вы просто рисуете схему - сложность возникает из-за того, что сигнал должен идти от 0-5 В, и это вход для контроллера мотора. 0,05 В не собирается сокращать его - поэтому ему нужен разделительный источник питания. Это означает, что вам нужно обеспечить раздельное снабжение, что требует много дополнительных усилий.

— Cybergibbons

@Cybergibbons не так много, в зависимости от того, что у него есть; и, используя рельсовые операционные усилители, он мог бы также сделать работу без этого.

— Клабаккио

Возможно. Меня учили, что полагаться на производительность от железной дороги до железной дороги - это несколько нет, для контроля по нескольким причинам. Во-первых, железная дорога никогда не бывает железной дорогой - самые эффективные операционные усилители достигают примерно 10 мВ или около того, что может вызвать проблемы. Во-вторых, они не настолько линейны в этом регионе. В-третьих, если вы загрузите выход, производительность рельса к рельсу значительно ухудшится (управление двигателем может загрузить выход - мы не знаем). Конечно, если контроллер двигателя имеет мертвую зону, это не имеет значения.

— Cybergibbons

@Cybergibbons хорошо, насчет снижения производительности, вы можете быть правы (я не знаю), но у Analog Devices есть операционные усилители «от рельса к рельсу», которые достигают примерно 2-5 мВ (макс.) От рельсов. Но эта проблема не существует, если у него есть, например, напряжение 12 В, так что это зависит от того, как он хочет ее подать. Что касается возможностей вождения, он может использовать другой операционный усилитель для буферизации сигнала, если у него есть нужное питание.

— Клабаккио

@Cybergibbons - Является ли более вероятным, что выходной контакт ШИМ процессора будет находиться в пределах 10 мВ от земли - даже при рабочем цикле 0%?

— MikeJ-UK