Esperimenti Con Gli Operazionali

[Antonionni]

Visto il freddo ho iniziato a fare qualche esperimento con gli operazionali. Il circuito più semplice che ho visto sul datasheet del LM358 era l’ampli di un ponte di Wheatstone, poi cercando in Rete ho trovato il circuito che allego e che ho realizzato.

Un paio di domande: ho messo due trimmer come R1 ed R3 per vedere nella realtà cosa succede. Se vario R1 ottengo amplificazione nulla oppure una sinusoide di ampiezza A= 0,59V B = 0,97V ed f = 50hz. Perché una sinusoide e perdipiù traslata??

Più grandi sono R1 ed R3 e maggiore è l’amplificazione (1+R1/R2 ed 1+R3/R4). Ma quanto grandi possono essere? Immagino che dopo un certo valore l’op distorga, giusto? Ma dove trovo queste info? Nel datasheet, ma qual è fra i tanti diagrammi?

Mi vien da pensare che se uso un chip con 4 operazionali e faccio passare il segnale per gli ulteriori due, mi amplifica ancora ... o distorce tutto?

Ho letto che il ponte và alimentato come da schema perché la sua tensione negativa deve essere diversa dalla massa. Boh, lo prendo per buono anche viste le bassissime correnti/tensioni in gioco … però adesso alimento il ponte con due alimentatori, per realizzare quella separazione galvanica mi viene in mente solo un componente tipo quello che si usa sulle schede ethernet, che però non trovo da nessuna parte … un esempio di quello che ho sulla scheda è il pdf che linko. Posso usare un opto tipo il 4n25? Altre idee per realizzare quella parte di circuito oppure una sigla di un componete commerciale per evitare di distruggere una scheda LAN?

Schema: http://imageshack.us/photo/my-images/26/schemaml.jpg

CLIKKA (=CLICCA)

Modificato: 11 gennaio 2012 da Livio Migliaresi

[tesla88]

Ma perchè partire con un ponte di Wheatstone? Non è un'applicazione proprio standard

o quantomeno ci sono configurazioni più semplici e generiche (il ponte di wheatstone ha senso per alcune misure ) per iniziare con gli OA.

Non so se ti è chiaro a cosa serva una tale configurazione, certo la spiegazione di Wiki non è il massimo ma è già un inizio . . .

http://it.wikipedia.org/wiki/Ponte_di_Wheatstone

Prima di tutto per rispondere alle tue domande, avresti dovuto inserire lo schema trovato on-line dato che quello disegnato a mano manca di alcuni valori ... inoltre non dici il tipo di alimentazione fornita agli op-amp (singola , duale) che già potrebbe essere errata. . .

Essendo un ponte di wheatstone l'unica cosa che deve misurare è lo squilibrio del ponte . . . quindi non so cosa vorresti amplificare , o meglio il dire amplificazione nulla non ha senso se non dici rispetto a cosa , ovvero a che segnale dato che non credo tu abbia squilibrato il ponte e valutato gli effetti di ciò .

La sinusoide probabilmente è data dal fatto che amplificando molto ti rientra il 50Hz captato in aria o di rientro dall'alimentazione (ripple)

Il fatto che è traslato non è valutabile se non dici come alimenti gli OP amp

Gli op-amp possono amplificare molto, dipende però da cosa ci devi fare, più alto è il guadagno più diminuisce la banda passante e il rumore . Inoltre è facile che un guadagno troppo elevato porti a instabilità - inneschi .

Ripeto dipende cosa ci vuoi fare . La distorsione in genere subentra quando lo swing di tensione in uscita è prossimo alla tensione di alimentazione. . .

Concludo dicendo che forse è meglio porsi un obbiettivo e cercare la soluzione per risolverlo che partire da uno schema pescato a caso senza aver chiaro a cosa serve e se mi serve....

[Livio Orsini]

Oggi, fortunatamente, gli esperimenti si possono fare senza dover usare la componentistica Hw.

Basta usare un simulatore su PC. Ti assicuro che anche quelli gratuiti danno risultati molto affidabili; praticamente dopo aver messo a punto il circuito sul simulatore, puoi relaizzare il circuito sicuro che al 99.99% funzionerà egragiamente.

Io solitamente uso LT SpiceIV dellla Linear Technology. Link da cui scaricare il software free.

[Antonionni]

Ho scelto il ponte perchè lo avevo già su un vecchio 1000fori fatto ai tempi della scuola, e poi perchè avendo una tensione molto bassa da misurare ho pensato che è un caso tipico di utilizzo degli op.amp in modo da azzerare il ponte più finemente, cioè quando sono prossimo allo zero se amplifico il valore lo leggo meglio anche con il tester, inoltre amplificando bassissimi valori capisco meglio il compito di condensatori, rumore ecc ... forse ragionamento un pò contorto ...

Lo schema come ho scritto è quello del datasheet del LM, i condensatori che ho aggiunto li ho desunti sempre dal datasheet e da una spiegazione su questa sezione circa l'uso di elettrolitici ecc, in internet ho poi trovato il discorso che và alimentato con due tensioni ma senza schema, per questo chiedevo come si può realizzare un separatore galvanico in modo da usare un solo alimentatore.

Attualmente lo alimento con 12V la parte dell'operazionale e con 2,4V quella del ponte con due alimentatori distinti.

Grazie per il link dello spice. In realtà quando ho tempo da perdere come adesso preferisco realizzare i circuitini in modo da tenerli per ricordo ... e per usi futuri tipo il ponte ... e poi non sò se il simulatore mi visualizzerebbe quella oscillazione che come mi dite è probabilmente dovuta all'ambiente esterno.

Comunque lo userò per derivare l'alimentazione dei 2,4V che deve essere particolarmente stabile, se trovo un qualche tipo di separatore (che ho scoperto si chiama LAN dc/dc)

Modificato: 12 gennaio 2012 da Antonionni

[tesla88]

Scusa, sarò stupido a sto punto, ma contnuo a non capire COSA vuoi misurare . . .

[Antonionni]

Quello che misuri col ponte ... una resistenza incognita ... il suo valore lo conosci per confronto quando la corrente che passa nel galvanometro, o voltmetro, è zero, quindi io voglio misurare quel valore di tensione ed amplificarlo, poi regolo il trimmero che ho come resistenza di confronto e quando leggo zero sul tester collegato all'uscita dell'op ho il valore della resistenza incognita ...

Se su quel ponte non uso un op.amp, il tester mi legge zero praticamente quasi sempre ...

[Antonionni]

Quello che misuri col ponte ... una resistenza incognita ... leggendo lo zero sul voltmetro che ho collegato all'uscita dell'op, che essendo amplificata mi permette una taratura dello zero più precisa (peraltro con quel circuito senza op. non leggo nulla sul tester)

[tesla88]

Oh , se lo dicevi subito non avrei chiesto come mai volessi usare un ponte di wheatstone.

[Lucky67]

Credo anche io si tratti del ripple degli alimentatori sul ponte.

VIsto che stai lavorando in continua (tralasciando il ripple) più che distorsione dovrai parlare di saturazione. Se l'ingresso amplificato per il coefficiente dato dalle resistenze è superiore o prossimo all'alimentazione l'uscita sarà l'alimentazione stessa (o giù di lì) e oltre quella non puoi andare perdendo quindi "l'immagine" dell'ingresso)

Beh certo sennò una resistenza sarebbe cortocircuitata a massa e addio ponte con relativa misura.

[Antonionni]

E' vero, e ci potevo arrivare ragionandoci un pò ...

Questo vale per il circuito che ho postato, però potrei utilizzare una configurazione come quella di pagina 20 di questo datasheet: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf che era il primo circuito che volevo realizzare (ovviamente contornato dai soliti condensatori che ho messo)

[Livio Orsini]

Per realizzare lo scopo che ti prefiggi stai usando una topologia non adatta. Devi usare una topologia differenziale per leggere il ponte.

Poi se vuoi un minimo di affidabilità di misura devi realizzare una configurazione tipica da amplificatore da strumentazione. Simile a quell della figura "High Input Z Adjustable-Gain DC Instrumentation Amplifier".

Se usi l'amplificatore in configurazione differenziale, inoltre, elimini buona parte del ripple.

Modificato: 13 gennaio 2012 da Livio Orsini

[Antonionni]

Ok grazie, provo a fare anche quello così vedo le differenze. In V1 e V2 collego la diagonale del ponte quindi e non mi serve il separatore galvanico giusto?

[Livio Orsini]

Il separatore galvanico serve solo se l'alimentazione del ponte deve essere separata da quella dell'operazionale.

Comunque la separazione galvanica, per circuiti analogici in continua, è sempre un'impresa di non facile soluzione.

[Antonionni]

Bene molte grazie, adesso faccio un pò di prove anche con il simulatore.

[Antonionni]

Ho costruito il circuito come quello del datasheet, ma non funziona, non amplifica nulla ... ho provato anche a cortocircuitare una resistenza del ponte, ma il segnale in uscita non cambia ... sempre zero (mentre misuro lo squilibrio del ponte pare a circa 0,7V, e con quella configurazione dovrei misurare in uscita una bella tensione ...).

Se vario il trimmer R2 ottengo una piccola amplificazione, quindi il circuito è montato corretto (l'ho anche riverificato).

Forse sbaglio a collegare gli ingressi? In V1 e V2 ho collegato la diagonale del ponte dove solitamente si mette il galvanometro (e che con l'altro circuito funzionava).

Come potrei verificare il circuito dell'operazionale? Potrei ad esempio mettere a massa V1 ed alimentare V2 con una tensione di 0,5V così in uscita dovrei trovare la tensione amplificata?

Se riuscite a darmi qualche imbeccata sul perchè non funziona vi ringrazio ...

Modificato: 28 gennaio 2012 da Antonionni

[Livio Orsini]

Prova a fare una simulazione del circuito usando un programma gratuito come quello che ti ho indicato. E' facile verificare punto per punto i livelli ed eseguire eventuali variazioni.

Probabilmente hai effettuato qualche errore circuitale.

[Antonionni]

Mah, il circuito è a posto, ma non funziona. Gogglando ho trovato che alcuni dicono che a seguito delle fluttuazioni del ponte dovute alle bassissime tensioni in gioco, la configurazione differenziale non và bene.

Ritornando a quella che avevo realizzato, si ripropone il "problema" della doppia alimentazione separata galvanicamente: ho trovato questi: CLIKKA però costano sui 15 euro, mentre sembra siano gli stessi utilizzati sulle schede ethernet che costano ormai mendo di 10€.

Però comprare una scheda ethernet per poi buttarla mi sembra stupido, qualcuno ha altri riferimenti per quei componenti??

PS: stasera comunque mi studio il simulatore, anche se la parte difficile sarà quella di mandare in ingresso un segnale fluttuante ...

[Livio Orsini]

Io l'ho simulato per curiosità: funziona perfettamente.

Non capisco la tua preoccupazione. Cosa significa segnale fluttuante? Avrà pure un potenziale di riferimento, altrimenti è chiaro che non funziona nulla.

Anzi è propruio il contrario

Dimenticavo. Il circuito per funzionare bene deve essere alimentato con alimentazione positiva e negativa.

Infatti se ricordo bene tu alimenti il ponte con 2.5V però il segnale che ne ricavi può invertire la polarità relativa (per misurare sui ponti si usano strumenti a 0 centrale). Se l'ampli non ha la doppia alimentazione da una parta amplifica e dall'altra satura a 0, anzi prima e se non è rail to rail gia satura a circa 2.5 V.

Se invece non pui avere due alimentazioni devi crearti un 0 virtuale a cui fai riferimento.

Se vuoi ti riporto lo schema della simulazuione.

Modificato: 29 gennaio 2012 da Livio Orsini

[Antonionni]

Forse è quello (come ho scritto, non ho esperienza con questi OP).

Dunque, alimento il ponte con una diagonale a massa (la stessa con cui ho collegato la massa dell'OP) e l'altra con 2,4V (il ponte è costituito da 4 trimmer da 2k2). Ma quella tensione la posso anche variare (ho fatto un variatore con il LM317).

L'OP, che non è rail to rail (è un comunissimo LM324, quello Rail 2 rail voleva essere la prossima prova, studiando la configurazione duale mi sono ormai fatto una cultura sui tipi di OP, e mi pare che quelli rail to rail sono proprio quelli più indicati), è alimentato con 12V.

Da quello che scrivi dunque il ponte và bene alimentato così, devo solo trovare un -12 da collegare al pin di massa dell'OP (oppure un +/- 6V derivati dai 12V dell'alimentatore).

Puoi darmi l'imbeccata per un circuitino semplice per questa alimentazione duale (o zero virtuale)? Magari è quel circuito di cui gentilmente puoi mettermelo a disposizione?

Altra domanda, se al posto delle R da 100k le sostituisco tutte con R da 390k dovrei ottenere una amplificazione ancora maggiore giusto?

[Livio Orsini]

Se hai realizzato l'alimentazione con il classico trasfo, ponte condensatore, etc., basta aggiungere un secondo ponte di cui connetterai il + con il - del rpimo ponte. Otterai un'alimentazione duale. Ovviamente a valle del secondo ponte ci vanno i condensatori, il regolatore, etc.

Prova a fare la simulazione. Li ti è estramente facile eseguire variazioni e verificarne l'effetto.

[tesla88]

Magari ho capito male, ma mi pare che così ciò che ottieni è un corto!

Per realizzare un alimentatore duale devi usare un trasfo con presa centrale o con 2 secondari separati ma di tensione identica , altrimenti con un solo secondario puoi realizzare una tensione duale raddrizzando solo una semionda per il posistivo e una per il negativo . . .

Altrimenti puoi creare una massa virtuale sfruttando un secondo op-amp in configurazione non invertente con guadagno unitario (buffer-inseguitore) dando come riferimento all'ingresso (+) una tensione pari a Vcc/2 tramite un partitore resistivo .

Se ho tempo ti posto qualche schema . . .Ciao

[Mirko Ceronti]

http://www.plcforum.it/forums2/index.php?s...=0entry381046

[Livio Orsini]

Hai ragione. L'ho buttata lì al volo senza riflettere. Ogni tanto mi capita quando vado di corsa, poi rileggo e mi do del pirla.

[Antonionni]

FUNZIONA!!! Ed effettivamente mooooooooolto meglio del primo circuito.

Per l'alimentazione vorrei utilizzare una batteria a 12V (per il momento per ottenere la doppia alimentazione ho usato due batterie). Ma uno schema minimale al massimo per ottenere una tensione duale per alimentare l'OP (visto che servono pochi mA) non c'è?

A dire il vero ho trovato questo: CLIKKA ma devo stabilizzare la tensione in ingresso a 5V! (vabbè, un 7805 in più ... meglio ancora il MAX681 ma si trova???)

Quasi quasi conviene utilizzare appunto due batterie da 12V (o da 9V) ...!

Oppure pensavo di alimentare l'LM324 con 0 / 12V (su datasheet c'è scritto che accetta anche tensioni singole, ma forse è quella topologia che richiede per forza una duale?) e tramite un partitore con 2 resistenze da 1k creare uno zero virtuale su cui riferire l'ingresso del ponte e l'uscita.

Oppure serve perforza una alimentazione duale??

Modificato: 31 gennaio 2012 da Antonionni

[Antonionni]

UPDATE: con il metodo dello zero virtuale funziona ma non mi piace ... mi pare molto meno "lineare" quindi mi rassegno a fare un alimentatorino duale, magari con un 555 visto che quel MAX si trova solo su siti tipo RS.