Измерение как положительного, так и отрицательного напряжения с помощью АЦП

Ответ @ Andyaka в основном такой же, как и то, что я собирался дать, но он использовал топологию инвертирующего усилителя. Так что +1 к его ответу.

В любом случае, учитывая, что я уже сделал расчеты, я тоже опубликую это. Также должна работать следующая схема неинвертирующей топологии:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Значения R3 и R4 можно рассчитать на основе вашего напряжения питания (простой делитель потенциала). Значения R1 и R2 я рассчитал на основе резисторов Е12. Он может быть не таким точным, как вы хотите, — выходной диапазон составляет от 0,175 до 1,94 В для входного диапазона +/-55 В.

Если вы используете резисторы с более высокой точностью, вы можете приблизиться. Например, соответствующие значения серии E48 (1%) будут равны 133k и 2,49k для R2 и R1 соответственно. Для этого вам нужно сгенерировать опорное напряжение 1,04 В, используя делитель потенциала R3 и R4. Затем вы достаточно близко подходите к желаемому диапазону, получая выходной диапазон от 0,01 В до 2,031 В для входа +/- 55 В.

У меня входное напряжение находится в диапазоне от -55 до +55В.

Мое первое наблюдение состоит в том, что вы должны иметь в виду медленно движущийся сигнал; другими словами, у вас есть вход, который может варьироваться от -55 В до +55 В. Я говорю «медленный», потому что выбранный вами АЦП номинально нацелен на низкие частоты дискретизации. Да, он может выдавать 240 импульсов в секунду, но это было бы не очень хорошо при выборке напряжения переменного тока 50/60 Гц, потому что вы можете легко пропустить пики, если они не синхронизированы.

Диапазон составляет 110 вольт, и его необходимо уменьшить до 2,048 вольт, поэтому достаточно простого ослабления (два резистора). Затем вам нужно сместить (или сместить) диапазон от -1,024 В до +1,024 В вверх на +1,024 В, и это может сделать простая схема суммирования операционного усилителя.

Значения всех резисторов идентичны для точки (a), на которую подается напряжение -1,024 В, и точки (b), на которую подается ослабленный сигнал. Будет немного большее затухание из-за нагрузочного эффекта резистора в линии (b), но с этим можно справиться, и это также может стать решением проблемы, учитывая, что АЦП не имеют идеального надежного входного диапазона, поскольку указано на титульном листе технического паспорта.

Вы получите инвертированный выход, т.е. +1,024 В представлено -1,024 В, но это тривиально после оцифровки.

Вы также должны следить за внутренней эталонной точностью и дрейфом в АЦП — это довольно дерьмово, если вы хотите точных и надежных измерений.

Для операционного усилителя я бы рассматривал вариант типа rail-to-rail, чтобы он мог снижать выходное напряжение до 0 В, когда входной сигнал достигает одного предела.

Вы также можете использовать пассивный делитель (в этом случае я бы добавил защиту, но принцип остается в силе)

Если$V_{i}=55$V ты хочешь$V_o=V_H$так тока нет$R_2$и так

и если$V_i=-55$V ты хочешь$V_o=0$так что у вас нет тока в$R_3$и так

Исправить$R_1$к чему-то разумному, как 100k, решить для$R_2$и$R_3$и у вас есть выходной диапазон от 0 до$V_H$для ввода, который вам нужен.