Электроника - это просто Теоретические и практические вопросы для начинающих электронщиков. |
16.04.2022, 07:37
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 03.05.2012
Сообщений: 1,465
Сказал спасибо: 1,051
Сказали Спасибо 2,042 раз(а) в 571 сообщении(ях)
|
Преобразование уровня аналогового сигнала
Есть прибор.
В нём нагреватель измерительной головки.
Греет, но мало.
Заменять нагреватель нельзя.
Надо поднять напряжение на нём.
Желательно минимальными доработками, как всегда.
В приборе есть 2 источника питания: + 5V и ±15V с глухозаземлённой средней точкой.
Нагреватель питался от 0 - +15V по прилагаемой схеме:
-- последний по списку файл LH Mirror Heater FINAL serial.PNG
При доработке желательно сохранить ОУ = OPA2227P, но можно и заменить его на другой, в том числе с иной цоколёвкой.
То же относится и к применённому ранее дарлингтону BDW93.
В то же время, нам простят и другой ОУ, и ещё один ОУ для преобразователя уровня...
Ну, только чтоб это в итоге не получился супер-мерседес на поллиста.
Требуется запитать нагреватель от +15 — -15.
При этом нужно предусмотреть возможность переход на питание +5 — -15 перемычками на печ.плате.
Цепь управляется ПИД-контроллером через 13-битный ЦАП. Размах управляющего сигнала может быть любым, по нашему выбору, в пределах: 0 — +10 V или 0 — -10 V
В работе нагреватель выключается либо нулём на выходе ЦАПа, либо, если нам нужно, специальным отрицательным напряжением по нашему выбору в вышеуказанных пределах.
Нацарапал вот такое решение:
-- см.все остальные файлы, включая действующую модель MSim в архиве; левая часть схемы.
В ней применена модель ОУ LM358AH -- потому, что штатные модели OPA2227 -- кривые и сочиняют всякие несуществующие осцилляции.
Применённая модель LM358AH тоже -- и грешит иногда осцилляциями, и как-то показывала то +15,4 V, то даже киловольты на выходе ОУ в нештатном режиме. Хотя питается она от ±15 V.
Но всё же работать с ней можно, и она уже даёт довольно пристойный материал чтобы уточнить на макетнице.
На макетнице я эту схему ещё не собирал.
Мне моё решение очень не нравится.
Корявое и деревянное. Непрофессионально оно, я бы сказал. Только и радости, что вся доработка -- лишние три резистора: 1. Линейность так себе. Хотя ПИД особо к этому не чувствителен, но всё же, как-то оно не кузяво.
2. Слабоват иммунитет к изменению "-15 V"
3. Переключение напряжения питания требует одновременного переключения напряжения смещения на выходе ОУ Толком не знаю, как взрослые дядьки делают аналоговые преобразователи уровня.
Всё, что нашёл -- это преобразование между цифровыми логическими уровнями. Не то.
Прошу уважаемых Коллег покритиковать и предложить.
Буду признателен за любые предложения; в том числе умозрительные.
Благодарю Вас.
Последний раз редактировалось Инн; 16.04.2022 в 07:56.
|
|
|
|
16.04.2022, 09:51
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 04.06.2007
Адрес: Минск, Беларусь
Сообщений: 8,032
Сказал спасибо: 800
Сказали Спасибо 4,022 раз(а) в 2,870 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Можно повысить выходное напряжение с помощью одного резистора.
Это повесить на выход операционника резистор. В реальности напряжение единички станет равно питанию, а вот в моделировании не факт. Я с таким сталкивался с некоторыми моделями LM358 (LM324). Поэтому для себя я сделал модель на транзисторах. Я пользуюсь LTspice. Моя модель работает как я описывал. На выходе у этого операционника составной транзистор и в результате высокий уровень операционника ниже питания на ~1.2 -1.5 В. Резистор на питание убирает эту проблему. Может этого вам не достаточно, но мощность пропорциональна квадрату напряжения и прибавка в 20% не помешает.
Последний раз редактировалось bordodynov; 16.04.2022 в 09:57.
|
|
|
Эти 2 пользователя(ей) сказали Спасибо bordodynov за это сообщение:
|
|
|
16.04.2022, 11:28
|
|
Заблокирован
Регистрация: 28.03.2008
Сообщений: 8,124
Сказал спасибо: 908
Сказали Спасибо 1,171 раз(а) в 940 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Инн, очень трудно увидеть что-то на этих вырвиглазных скринах симулятора или хотя б понять - где там Ваша версия. Я бы посадил минус нагревателя на -15 через регулируемый стабилитрон типа умощнённого tl431 и отдельно управлял добавкой.
|
|
|
|
16.04.2022, 11:28
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 03.05.2012
Сообщений: 1,465
Сказал спасибо: 1,051
Сказали Спасибо 2,042 раз(а) в 571 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от bordodynov
|
повесить на выход операционника резистор. В реальности напряжение единички станет равно питанию
|
Большое спасибо, Коллега. Я не знал об этом приёме. А он очень ценен: ведь с ним нет нужды выискивать rail-to-rail операционники! Большое спасибо!
Сообщение от bordodynov
|
высокий уровень операционника ниже питания на ~1.2 -1.5 В
|
Да, это часто "режет" мощность каскада, но конкретно в этой моей сермяжной схеме это, вроде, не создаёт затруднений. Напряжение на выходе ОУ далеко от шин питания: как в нуле, так и в максимуме управляющего сигнала. При это дарлингтон насыщен: на нём падает 0,8 V точно по его справ.листку.
Прилагаю и то, и другое.
(Там что-то правая часть схемы не работает: не обращайте внимания: не о ней здесь речь.)
Тут немного досадно, что на резисторе R7=1 Ом падает 0,9 V и теряется 0,8 Вт мощности. (Я его добавил для линейности.)
Ну, уменьшил я его до 0,5 Ом. Напряжение и мощность на нём уполовинились, но и раб.характеристика каскада немного загорбатилась.
Повторяю: непрофессионально это моё решение. А что-то лучшее в голову не приходит; увы. Может, ещё кто-то что-нибудь путное насоветуем: подождём.
За резистор -- СПАСИБО!
Последний раз редактировалось Инн; 16.04.2022 в 12:10.
|
|
|
|
16.04.2022, 11:32
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 03.05.2012
Сообщений: 1,465
Сказал спасибо: 1,051
Сказали Спасибо 2,042 раз(а) в 571 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от zoog
|
очень трудно увидеть что-то на этих вырвиглазных скринах симулятора или хотя б понять - где там Ваша версия.
|
Может, надо укрупнить скрины? Буквы мелкие на зондах? Только скажите: сделаю крупнее.
Моя версия -- на всех скринах кроме последнего, очень простого с виду: на нём — прежняя версия.
Сообщение от zoog
|
Я бы посадил минус нагревателя на -15 через регулируемый стабилитрон
|
Да, спасибо.
А о преобразовании уровня и линеарицации исполнительного каскада -- нет ли, пожалуйста, какой-нить идеи?..
Последний раз редактировалось Инн; 16.04.2022 в 12:12.
|
|
|
|
16.04.2022, 11:34
|
|
Заблокирован
Регистрация: 28.03.2008
Сообщений: 8,124
Сказал спасибо: 908
Сказали Спасибо 1,171 раз(а) в 940 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от Инн
|
Напряжение на выходе ОУ далеко от шин питания: как в нуле, так и в максимуме управляющего сигнала. При это дарлингтон насыщен:
|
Это взаимоисключающие параграфы. Сколько сейчас макс. на выходе ОУ?
Сообщение от Инн
|
А о преобразовании уровня и линеарицации исполнительного каскада -- нет ли, пожалуйста, какой-нить идеи?..
|
А зачем там оно вообще? не хватает вх. сигнала на ОУ? так измените к-т усиления...
Линейность (вернее, квадратичность по мощности) там идеальная, кстати, и с прецизионным стабилитроном тоже не сильно ухудшится.
Последний раз редактировалось zoog; 16.04.2022 в 11:38.
|
|
|
|
16.04.2022, 13:46
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 20.03.2007
Адрес: "Братское кольцо враждебности", т.е. ближайшее заМКАДье.
Сообщений: 7,052
Сказал спасибо: 3,041
Сказали Спасибо 3,211 раз(а) в 2,181 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от Инн
|
Греет, но мало. Заменять нагреватель нельзя.
.....
Размах управляющего сигнала может быть любым, по нашему выбору, в пределах: 0 — +10 V или 0 — -10 V
|
"Пойдём простым логическим путём".
Заземлённый нагреватель сопротивлением 33 Ома получает на вход, по задумке разработчика оригинальной схемы, 10[ЦАП] * (1 + 62/82)[U4A+Q2] = 17,56 В. Да-с... 15 В питания - против.
Положим, что выход U4A совместно с Q2 крадут 2 В макс. Тогда максимальная мощность на нагревателе ~ 13*13/33 = 5,12 Вт.
Вопросы №1, 2 и 3:
Сообщение от Инн
|
Требуется запитать нагреватель от +15 — -15.
|
Из этого следует, что нагреватель можно отключить от земли?
Поднятия мощности, грубо говоря, в 4 раза - будет достаточно?
Нагреватель выдержит ток (13+15)/33 = 0,85 А?
Вопрос №4:
Следует ли читать
Сообщение от Инн
|
Размах управляющего сигнала может быть ..... 0 — -10 V
|
как "минус 10 - нагреватель выключен, 0 - полная мощность" или это инверсный сигнал?
Вопрос №5:
U4A это тот самый OPA2227?
Камент:
Сообщение от Инн
|
Напряжение на выходе ОУ далеко от шин питания: как в нуле, так и в максимуме управляющего сигнала. При это дарлингтон насыщен: на нём падает 0,8 V точно по его справ.листку.
|
Насыщенный эмиттерный повторитель, RLY? Или это падение напряжения база-эмиттер?
__________________
Экзорцист 40-го уровня.
|
|
|
Сказали "Спасибо" ForcePoint
|
|
|
16.04.2022, 14:48
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 03.05.2012
Сообщений: 1,465
Сказал спасибо: 1,051
Сказали Спасибо 2,042 раз(а) в 571 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от zoog
|
Это взаимоисключающие параграфы. Сколько сейчас макс. на выходе ОУ?
|
Открываем, например, последний скрин, читаем показания зонда "Probe 3" на выходе ОУ: Постоянная составляющая = -5,34 V. Это далеко от (-15 V), всё нормально.
Там же показания Дельта-зонда 11 относительно зонда 10 = -747 mV. Это перепад напряжений на дарлингтоне U2. А ток через U2, по зонду 1 или по зонду 10 = 886-887 mA.
Смотрим теперь на график из справ.листка на дарлингтон, кривая для 1 Ампера показывает напряжение насыщения где-то 800 mV. Да, дарлингтон U2 насыщен.
Сообщение от zoog
|
зачем там ‹преобразование уровня› вообще? не хватает вх. сигнала на ОУ?
|
Ну, я рассуждал так: раз U2 сидит своим эмиттером на -14,1 V, то напряжение управления дарлингтоном должно в работе меняться между -14,1 V относительно земли до, примерно (-12.8 V).
Вх. сигнала на ОУ хватает с избытком. В этой моей схеме вх.сигнал полного нагрева = +2 V (источник пост.напряж-я V1 или генератор пилы, размах от нуля до +2V). А надысь уменьшил R7 до 0,5 Ом — так и вообще [0 — +1] стало.
А когда и если напряжение на шине -15 V просядет под всяким нагрузками до, скажем -14.8 V, то система не должна это особо почувствовать.
Потому я сначала сместил выходной ноль ОУ резистором R2, а потом кое-как привязал его к шине -15 V делителем R5 + R6.
Чтоб изменяющаяся шина хоть немного "тянула" его за собой.
В иллюстрацию эффективности этого приёма я в начальном сообщении привёл два состояния системы: при напряжении шины = 15 V (номинальное) и 14,8 V (пониженное).
Вроде, ничо.
Если эт не делать, а жёстко задать постоянный "нулевой" уровень на выходе ОУ, то понижение шины от -15 V к -14,8 V — это изменение напряжения на бзе дарлингтона на 0,2 V. Очень заметно. ПИДу будет трудно управлять такой системой. В ПИДе никакой фаззи-логики не встроено.
Наверное, если вместо R5 + R6 как-то аккуратно вставить туда ОУ, то будет получше. Понты, опять же, покруче...
Сообщение от zoog
|
Линейность (вернее, квадратичность по мощности) там идеальная
|
Ну, вроде, ПИД лучше работает, если раб.характеристика -- прямая линия. То есть, да, квадратичная по мощности.
Я здесь не защищаю всю эту свою сермягу. Я, наоборот, говорю, что она мне не нравится.
Но если уважаемые Коллеги всё это вполне одобрят -- ну что ж: значит, так и пустим в мелкую серию.
Последний раз редактировалось Инн; 16.04.2022 в 15:47.
|
|
|
|
16.04.2022, 15:10
|
|
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 03.05.2012
Сообщений: 1,465
Сказал спасибо: 1,051
Сказали Спасибо 2,042 раз(а) в 571 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от ForcePoint
|
Из этого следует, что нагреватель можно отключить от земли?
|
Да. Нужно даже.
Сообщение от ForcePoint
|
Поднятия мощности, грубо говоря, в 4 раза - будет достаточно?
|
Скорее всего да. Но если и нет, то нас ведь попросили подключить нагреватель под эти 30 Вольт. И не менять нагреватель. Это всё, что можно выжать с этим БП.
Сообщение от ForcePoint
|
Нагреватель выдержит ток (13+15)/33 = 0,85 А?
|
Да.
Сообщение от ForcePoint
|
"минус 10 - нагреватель выключен, 0 - полная мощность" или это инверсный сигнал?
|
Вообще-то я в исходном тексте сказал, что "В работе нагреватель выключается либо нулём на выходе ЦАПа, либо, если нам нужно, специальным отрицательным напряжением по нашему выбору в вышеуказанных пределах."
То есть оно как-то привычнее всего 0 = выкл.; [U ЦАП › 0] = максимум нагрева.
Так я в своей схеме и сделал: ноль на входе "1" ОУ = 1 мВт на нагревателе, а +2V = 23,181 Вт (примерно вчетверо больше прежнего).
Но если нам нужно любое "наоборот", то это разрешено. Лишь бы все наши значения управляющего сигнала оставались в интервале от -10 до +10 V
Сообщение от ForcePoint
|
U4A это тот самый OPA2227?
|
Да.
Сообщение от ForcePoint
|
Насыщенный эмиттерный повторитель, RLY? Или это падение напряжения база-эмиттер?
|
Последнее. Насыщен дарлингтон U2
Последний раз редактировалось Инн; 16.04.2022 в 15:36.
|
|
|
|
16.04.2022, 15:40
|
|
Заблокирован
Регистрация: 28.03.2008
Сообщений: 8,124
Сказал спасибо: 908
Сказали Спасибо 1,171 раз(а) в 940 сообщении(ях)
|
Re: Преобразование уровня аналогового сигнала
Сообщение от Инн
|
Насыщен дарлингтон U2
|
Чтоб его насытить - нужно поднять напряжение на базе (выходе ОУ) до 16В примерно. А 0,8В на б-э - это он даже ещё не начал открываться своей силовой частью.
|
|
|
|
Ваши права в разделе
|
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения
HTML код Выкл.
|
|
|
Часовой пояс GMT +4, время: 12:01.
|
|