Opinioni critiche su mio primo circuito

Schemi di elettronica analogica di segnale e potenza
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apollokid
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Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da apollokid »

Buongiorno, come ho già avuto modo di scrivere in altri topic non sono un elettronico ma un informatico e questa passione sta esplodendo solo ora alla veneranda età di 48 anni grazie ad arduino ed allo studio della meccatronica in ambito automotive.

Vorrei se possibile avere le vostre opinioni su questo circuito che ho costruito e che apparentemente sembra funzionare bene.

L'obiettivo del circuito è quello di sottrarre circa 0,5V al segnale di uscita di un trasduttore di pressione (quelli classici da 10€ che si trovano su ebay o aliexpress) perchè sono studiati per avere una uscita che varia tra 0,5V e 4,5V e questo non mi consente di sfruttare le impostazioni dell'oscilloscopio per poter fare lo zoom del segnale usando le impostazioni di Volt/Divisione.

output-sensore.png
output-sensore.png (80.32 KiB) Visto 2932 volte

Ho quindi pensato che usando una pila da 9V potevo creare una sorta di doppia alimentazione per alimentare degli operazionali e fare in questo modo la sottrazione di 0,5V che andavo a creare con un partitore di tensione.

Il circuito si compone di un partitore di tensione che suddivide i 9V in 5V e 4V, ho usato un diodo zener da 5.1V così da avere la 5V precisa, poi con un primo op-amp in configurazione inseguitore di tensione ho stabilizzato i 5V ed indirettamente la GND virtuale che uso per alimentare un secondo op-amp che, tramite un altro partitore di tensione fatto con un trimmer regolabile, mi permette di ottenere i 0,5V che mi servono per mandarli nel terzo ed ultimo op-amp che si occupa di effettuare la sottrazione.
Inizialmente le resistenze erano tutte da 100KΩ perchè puntavo ad avere un bassisimo consumo tuttavia mi accorto che il circuito era sensibile alle interferenze elettromagnetiche (bastava ad esempio accendere la lampada da tavolo a fluorescenza) e vedevo degli spike dovuti agli operazionali che andavano in saturazione.
Ho quindi cambiato le resistenze con altre da 1KΩ ed aggiunto dei condensatori da 20nF nei punti che ho riportato nello schema ed è notevolemente migliorato (onestamente penso gli unici 2 condensatori realmente utili siano quelli sull'opamp sottrattore e sull'uscita) .
L'assorbimento è ovviamente aumentato ma è rimasto comunque al di sotto dei 10mA che è comunque ben al di sopra delle mie esigenze (il sensore di pressione mi servirebbe per fare piccoli eperimenti e resterebbe acceso al massimo per qualche ora all'anno).

Grazie a chiunque mi fornirà dei feedback.

EDIT: scusate, avevo sbagliato a caricare il file
alimentatore-sensore-pressione-5V.png
alimentatore-sensore-pressione-5V.png (22 KiB) Visto 2923 volte

P.S. l'idea di provare con la doppia alimentazione è stato frutto di un primo insuccesso che mi ha permesso di fare il salto dalla teoria alla pratica
Guido
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Guido »

A me sembra che vada bene. Nel caso decidessi di rifarlo come saprai esiste il LM324 che contiene quattro LM358.
apollokid
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da apollokid »

Ovviamente non lo sapevo, in questo circuito però non sarebbe andato bene perché un LM358 viene alimentato a 9V mentre l'altro a 5V (Vcc =9V e GND = +4V).
Mi potrebbe però essere utile per un altro progetto a cui sto lavorando in cui me ne serviranno molti perciò grazie.

Avrei un paio di domande: 3 op-amp sono proprio necessari o il circuito sarebbe semplificabile? E poi, un amico mi ha suggerito di mettere un condensatore in parallelo allo zener perché crea disturbi ad alta frequenza (questa cosa non la sapevo ed è stata per me una novità)
Non sono però riuscito a capire se anche a questi bassi livelli di tensione è un accorgimento necessario.
Guido
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Guido »

Io non sono molto esperto, ma dato che non devi scendere sotto i zero volt penso che una alimentazione singola sarebbe bastata, sarebbe solo da testare la linearita' di out. Inoltre forse l'OpAmp 2A non era necessario, perche' forse si poteva collegare il cursore del trimmer direttamente all'Opamp 1A (PS ma cosi' ti semplifica la vita perche' non c'e' sarebbe da ritoccare la R5). Per il condensatore in parallelo allo zener credo che qui non serva, dato che il guadagno e' pari ad 1 ed il rumore sarebbe irrisorio.
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Maxvarese
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Maxvarese »

Conoscere e saper usare correttamente gli amplificatori operazionali è importante per un aspirante elettronico visto gli innumerevoli compiti che essi possono svolgere in un circuito.

Il cuore del sistema è costituito da un amplificatore differenziale con guadagno unitario, che sottrae la tensione di 0,5 V a quella proveniente dal sensore.
L'uscita è poi collegata a un carico reattivo e a un circuito a valle di cui non conosciamo le caratteristiche.(Noi no tu si)
Mi sembra che tu abbia già messo in atto le ottimizzazioni per limitare i fenomeni di overshooting .

Segue.
apollokid
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da apollokid »

Guido ha scritto: mer 6 gen 2021, 22:44 Inoltre forse l'OpAmp 2A non era necessario, perche' forse si poteva collegare il cursore del trimmer direttamente all'Opamp 1A (PS ma cosi' ti semplifica la vita perche' non c'e' sarebbe da ritoccare la R5). Per il condensatore in parallelo allo zener credo che qui non serva, dato che il guadagno e' pari ad 1 ed il rumore sarebbe irrisorio.
Per lo zener era quello che stavo pensando anche io, per l'altra voglio provare a fare i calcoli e vedere funziona. Devo ragionarci un po' su ma se non dico cavolate dovrei solo applicare il teorema della sovrapposizione degli effetti mettendo in corto prima la pila 9V e poi il sensore di pressione e calcolare le rispettive Vout e farne la differenza. Diciamo che è una opportunità per provare a togliere un po' di ruggine dai miei ricordi di matematica... (ed anche per risparmiare un integrato)
Maxvarese ha scritto: gio 7 gen 2021, 10:24 Conoscere e saper usare correttamente gli amplificatori operazionali è importante per un aspirante elettronico visto gli innumerevoli compiti che essi possono svolgere in un circuito.
Eh già... hai proprio ragione.
Maxvarese ha scritto: gio 7 gen 2021, 10:24 L'uscita è poi collegata a un carico reattivo e a un circuito a valle di cui non conosciamo le caratteristiche.(Noi no tu si)
Non è previsto nessun carico perchè il segnale viene letto solo con un oscilloscopio.
Maxvarese ha scritto: gio 7 gen 2021, 10:24 Mi sembra che tu abbia già messo in atto le ottimizzazioni per limitare i fenomeni di overshooting .
Non conoscevo il termine overshooting, mi andrò a documentare.
Guido
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Guido »

apollokid ha scritto: gio 7 gen 2021, 14:16 Per lo zener era quello che stavo pensando anche io, per l'altra voglio provare a fare i calcoli e vedere funziona. Devo ragionarci un po' su ma se non dico cavolate dovrei solo applicare il teorema della sovrapposizione degli effetti mettendo in corto prima la pila 9V e poi il sensore di pressione e calcolare le rispettive Vout e farne la differenza. Diciamo che è una opportunità per provare a togliere un po' di ruggine dai miei ricordi di matematica... (ed anche per risparmiare un integrato)
Ho approfittato dell'occasione per tentare di visulizzare con l'oscilloscopio il rumore ai capi di uno zener da 5 V -1/2W polarizzato con una resistenza da 470 ohm ed il tutto alimentato a 7 V. Quindi la corrente dovrebbe essere (7-5)/470 = 2/470 = 0,0042 A. Il rumore aggiuntivo (oltre quello di fondo, misurato mettendo al posto dello zener una resistenza da 1000 ohm) ai capi dello zener era di 20 mV. Quindi discreto ma in una applicazione del genere presumo non preoccupante.
Io devo correggere una mia affermazione: il guadagno di tutto il circuito e' pari ad 1, ma il primo operazionale in realta' guadagna 2, infatti hai dimezzato la tensione in ingresso. Non ho capito la storia di mettere in corto la pila da 9 V etc, ad ogni modo non ti preoccupare. Se poi e' intervenuto MaxVarese sei in buone mani ;)
apollokid
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da apollokid »

Intendo che per rimuovere l'OpAmp2 dovrei usare un altro partitore di tensione tra il + della pila a 9V e l'uscita di OpAmp1B formato da altri valori di resistenza che sono da calcolare e che verrebbe collegato direttamente all'ingresso invertente di OpAmp1A.
Per calcolare queste resistenze dovrei applicare il teorema della sovrapposizione degli effetti e quindi prima cortocircuitare il generatore di tensione che alimenta l'ingresso non invertente di OpAmp1A e calcolare la Vout+ (in questo caso l'ingresso non invertente sarebbe al potenziale di massa virtuale), poi dovrei cortocircuitare il generatore che alimenta l'ingresso invertente per calcolare la Vout- ed in questo sarebbe la pila da 9V, no?

Poi avendo queste due Vout+ e Vout- dovrei scrivere una equazione per calcolare che resistenze mi permettono di avere esattamente la tensione Vout = uscita del sensore di pressione - 0,5V

Questo almeno in linea teorica, sul come fare devo mettermi li con calma e ragionarci guardando bene il nuovo circuito.

O sbaglio?
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Maxvarese
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Maxvarese »

In questo periodo non mi lasciano in pace e non riesco a completare i post.
Per determinare se sia necessaria un alimentazione duale o singola e di che valore, dobbiamo prima stabilire quali saranno le tensioni in ingresso, l'escursione della tensione in uscita che si desidera ottenere e non di secondaria importanza le caratteristiche dell' op amp.

Sulla prima pagina del data sheet dell' lm358 c'è scritto che la tensione di modo comune può eguagliare il potenziale di Gnd e che la tensione differenziale può eguagliare quella d' alimentazione.

Oggi non và continuo domani :roll:
Guido
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Re: Opinioni critiche su mio primo circuito

Messaggio da Guido »

apollokid ha scritto: gio 7 gen 2021, 17:07 Intendo che per rimuovere l'OpAmp2 dovrei usare un altro partitore di tensione tra il + della pila a 9V e l'uscita di OpAmp1B formato da altri valori di resistenza che sono da calcolare e che verrebbe collegato direttamente all'ingresso invertente di OpAmp1A.
Per calcolare queste resistenze dovrei applicare il teorema della sovrapposizione degli effetti e quindi prima cortocircuitare il generatore di tensione che alimenta l'ingresso non invertente di OpAmp1A e calcolare la Vout+ (in questo caso l'ingresso non invertente sarebbe al potenziale di massa virtuale), poi dovrei cortocircuitare il generatore che alimenta l'ingresso invertente per calcolare la Vout- ed in questo sarebbe la pila da 9V, no?
Poi avendo queste due Vout+ e Vout- dovrei scrivere una equazione per calcolare che resistenze mi permettono di avere esattamente la tensione Vout = uscita del sensore di pressione - 0,5V
Questo almeno in linea teorica, sul come fare devo mettermi li con calma e ragionarci guardando bene il nuovo circuito.
Qui non ti seguo: considera che io sono un praticone e se entriamo nella teoria mi perdo. Ad ogni modo io mi sono espresso male: come ho gia' tentato di dire nel PS del mio messaggio precedente OpAmp2 andrebbe lasciato, in quanto eliminandolo diventa complicata , almeno per me, la determinazione del guadagno di OpAmp1A. Piuttosto, se si decide di usare una alimentazione singola, si potrebbe eliminare OpAmp1B, e si avrebbe il vantaggio di usare un solo LM358.
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