Помогите разобраться с ОУ (приведение к "земле" напряжения со смещением)

[pittyalex]

PS. И АЦП нужно запитывать не относительно минуса источника, а относительно земли так, как напряжение измеряется относительно земли.

АЦП находится в процессоре, который запитан от 5 В, которые используются в схеме, поэтому отвязать АЦП от общего минуса не получится.

[МВА]

Дело в том, что это смещение, это напряжение насыщения транзистора, который притягивает. И это напряжение не может быть ниже напряжения базы транзистора, относительно эмиттера потому, а это примерно 0,6-0,7в. И оно уменьшается при росте температуры примерно на 2,2 мв/град. Еще оно не вносит (не суммируется) погрешность в измерения на выходе, но не дает опуститься ниже, то-есть происходит ограничение минимального напряжения. Можно использовать раздельное питание с МК, или сделать схему с не симметричным двуполярным питанием. просто минус подать на диф. усилитель, а МК относительно корпуса. Минус может быть немного больше, это не принципиально.

[omercury]

АЦП находится в процессоре, который запитан от 5 В

То у Вас STM, то 5 вольт.

Поподробнее: один АЦП заводим на плюс аккума, второй ацп на минус аккума? или куда? Тогда откуда ток возьмётся?

Измеряете на обоих концах токоизмерительного сопротивления. Абсолютное значение верхнего (по схеме) потенциала Вам не интересно, а разница с нижним и будет пропорциональна току. Нижний АЦП - напряжение на аккумуляторе.

[Yurkin2014]

сильно меняется выход ОУ, хотя диф.напряжение не меняется.

У меня создалось ощущение, что этот пресловутый выходной 50мкА источник тока - неуправляемый. И пока не включится выходной транзистор, т.е. до 0.6В на выходе, усилитель не может этот выход регулировать и за выходное напряжение не отвечает.
Другими словами, для нормальной работы дифф.усилителя придётся сдвигать выходное нулевое напряжение на 1В от минуса питания. Я так думаю.

[МВА]

Сейчас схема такая:

Сопротивление R40 не делает ничего, кроме того, что грузит выход ОУ на землю. К примеру, если убрать R40, то при изменении напряжения выхода к 0, ОУ и так сделает 0 на своем выходе, или около него. А если к VCC, то это просто лишняя нагрузка, и не маленькая.

[МВА]

У меня создалось ощущение, что этот пресловутый выходной 50мкА источник тока - неуправляемый. И пока не включится выходной транзистор, т.е. до 0.6В на выходе, усилитель не может этот выход регулировать и за выходное напряжение не отвечает.
Другими словами, для нормальной работы дифф.усилителя придётся сдвигать выходное нулевое напряжение на 1В от минуса питания. Я так думаю.

ОУ всегда управляет своим выходом. Он делает выход таким, чтобы убрать разность напряжений на входах, при условии отрицательной обратной связи. А 0,6 в - это просто граница, ниже которой он не может опуститься относительно минуса питания. И если минус питания ниже потенциала земли на это напряжение, или более, то тогда ОУ без труда возьмет 0
Кстати, источники тока в ОУ стоят в нагрузках транзисторов, для увеличения КУ, и один источник общий для транзисторов диф-каскада, для повышения подавления синфазного сигнала. А зачем стоит источник на выходе, если честно я и сам не понимаю. Ведь чаще нагрузка такова, что ток этого источника - это капля в море от тока нагрузки. И он подключен параллельно нагрузке.

[Yurkin2014]

Если внимательно посмотреть на схему классического дифференциального усилителя на ОУ, где резисторы R1, R2 в цепи инвертирующего входа, а R3, R4 в цепи неинвертирующего входа, то видна парочка замечательных правил:
- если выполняется соотношение R2/R1=R4/R3 - коэффициент усиления дифф.сигнала, то усилитель не чувствителен к синфазной составляющей сигнала, то есть усиливает только разницу напряжений на входах, а не абсолютное значение.
- второе замечательное свойство: нижний вывод R4, резистора на неинвертирующем входе определяет выходное напряжение, которое будет при нулевом дифференциальном напряжении на входе.
Это я к чему. Во всех предлагаемых здесь схемах этот самый вывод резистора сидит на земле. То есть при дифф.нуле на входе хотим ноль на выходе. А не получается. Начинаем придумывать, как питание занизить в минус немного.
Я предлагаю проще поступить. Этот самый вывод резистора приподнимем на 1В. В результате на выходе тоже будет 1В при нулевом входе. Ну, и хрен с ним. Будем это значение вычитать из результата измерения, вот и вся недолга. Зато ОУ будет в активном состоянии при нуле на входе, а не как сейчас - всё заперто, только какой-то мрачный 50мкА источник тока живой.
Да, тем самым сузим диапазон полезного выходного напряжения ОУ. И так-то его было - кот наплакал, а тут ещё целый вольт вычесть. Ну, а кому сейчас легко? Опер такой выбрали - вот и маемся.

Вот тут схему поправил. Делитель R5-R4 как раз делает нужный сдвиг на 1В. Тут главное, чтобы параллельно R5||R4 давали всё то же старое значение 5кОм. Ну, и остаётся уповать на стабильность питания +5В, чтобы этот 1В не уплыл.
Ещё в таких случаях верхний вывод R5 вешают не на питание, а на опорное напряжение АЦП: тогда уж сдвиг будет стоять колом, в смысле АЦП будет выдавать одно и то же значение сдвига, независимо от флуктуаций опорного напряжения.

ЗЫ. Вот, на второй картинке нарисовал, как получился сдвиг на 1В. А то и правда, где этот вольт брать на схеме? Резистор, присоединённый в источнику напряжения 1В полностью заменяется на два резистора, один к земле, другой - на +5В, два новых резистора параллельно равны старому значению сопротивления. Теорема Тевенина-Гельмгольца.

[proba60]

но опять же - появляются всякие мороки с синхронизацией и т.д. Може и так.

Обоснуйте зачем синхронизировать? Покрутите в архиве модельку.

[МВА]

Я предлагаю проще поступить. Этот самый вывод резистора приподнимем на 1В. В результате на выходе тоже будет 1В при нулевом входе.

Всем доброго времени суток.
Отлично, Yurkin2014. Мы все так зациклились на нуле, что такое простое решение до сих пор не пришло никому в голову. Действительно, в этом случае напряжение смещения будет присутствовать во всем диапазоне. А чтоб напряжение не уплывало, вместо верхнего резистора смещения использовать источник тока. Ну, и напряжение можно снизить до 0,7 вольта.

[pittyalex]

У меня создалось ощущение, что этот пресловутый выходной 50мкА источник тока - неуправляемый. И пока не включится выходной транзистор, т.е. до 0.6В на выходе, усилитель не может этот выход регулировать и за выходное напряжение не отвечает.
Другими словами, для нормальной работы дифф.усилителя придётся сдвигать выходное нулевое напряжение на 1В от минуса питания. Я так думаю.

С сожалению или к счастью, практика показывает, что управлет ОУ своим выходом всегда. Я так понимаю, что делает это он через верхний транзистор выходного каскада. Правило такое: пока втекающий выходной ток ниже 50 мкА, ОУ может устанавливать выходное напряжение от 0 до Vпит-1.5 вольта. Как только ток втекающий увеличиватеся, начинаются проблемы, связанные с однополярным питанием. Вот например сейчас при отключенном доп. питании напряжение на выходе 0 вольт (почти чистый ноль, милливольты не считаем).

Ещё раз скажу: проблема с невозможность дотянуть до 0 выходное напряжение практически решена, остаётся порядка 50 мВ, которые не принципиальны. Теперь меня мучает другая проблема: при изменении напряжения смещения меняется выход. Т.е. ОУ реагирует на Common Voltage, а по сути не должен. Резисторы в ООС вроде бы подобраны с точностью лучше 1%, неужели этого мало?