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Voltmetro DC bipolare con autorange

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentedadebian » 18 set 2018, 22:05

Sto lavorando ad un voltmetro per la sola DC con cambio scala automatico gestito da microcontrollore; l'impedenza d'ingresso ho voluto che fosse la piu' alta possibile, intorno ai 10 megaohm sulle scale 2V,20V e 200V, mentre per la scala 200mV e' pari all'impedenza di ingresso dell'opamp.. AD549j scelto per la sua bassa corrente di bias uguale a pochi femto ampere.
Ho optato per un ADC a 24 bit, ho scelto LTC2400; la tensione di riferimento e' di 4,096 V. Ho scelto di poter leggere tensioni sia positive che negative, percio' con una tensione di bias di 2,048V all'ingresso dell'ADC posso ottenere letture di +2V e -2V.

Questa e' la parte di schema per me piu' complessa:

adc.png


La rete resistiva di precisione CADDOCK 1776-C48 e' l'ideale per realizzare voltmetri con autorange, la R da 10 megaOhm in serie all'ingresso, seguita dai due transistor NPN usati come diodi ultra low leakage e' un efficiente protezione contro le sovratensioni...

Lo instrumentation amplifier AD620 e' stato scelto per 2 motivi:
1) Sulla scala 200mV ho bisogno di un gain di 10, semplice e veloce tramite resistenza RG.

2) Ha il pin REF, al quale applico i 2,048V


Dopo queste mie considerazioni, chiedo a Voi un parere sulla parte di schema postato, tenete conto che ho cercato di usare componenti che gia' possedevo ad es. AD620 ed nata questa configurazione pseudo differenziale.
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[2] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 19 set 2018, 18:48

Per confinare l'escursione della tensione di modo differenziale hai messo i due transistor ma per quella di modo comune non hai messo nulla, non credi possa sconfinare?

Mi pare poi che la presenza del buffer renda le cose molto asimmetriche: dal lato dove c'è il buffer l'ingresso vede l'impedenza del partitore sia verso il riferimento che verso l'altro ingresso, invece l'altro ingresso vede un'impedenza di 100k verso il riferimento.

Inoltre il partitore con quei valori non fornisce partizioni per 10-100-1000 ma fornisce partizioni per 11-101-1001.

Certamente dipende anche dall'uso che vorrai farne che non hai specificato.
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[3] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentevenexian » 19 set 2018, 19:15

A me pare che quei due transistor messi così non proteggano nulla, né in modo comune, né differenziale, ma se c'è chi dice che in differenziale proteggono...
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[4] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentedadebian » 19 set 2018, 20:22

BrunoValente ha scritto:Per confinare l'escursione della tensione di modo differenziale hai messo i due transistor ma per quella di modo comune non hai messo nulla, non credi possa sconfinare?

Hai ragione, la tensione a modo comune non riesco a capire se puo' raggiungere livelli dannosi o no. Se uno degli ingressi (IN+ , IN-) fosse direttamente collegato a massa sarebbe facile per me capire, ma, in questa configurazione differenziale dove la massa e' separata da 100k ohm come mi devo conportare?


I valori del partitore sullo schema che ho postato sono approssimati, in realta' sono 1,1111M / 101,01k / 10,01K

Mi pare poi che la presenza del buffer renda le cose molto asimmetriche: dal lato dove c'è il buffer l'ingresso vede l'impedenza del partitore sia verso il riferimento che verso l'altro ingresso, invece l'altro ingresso vede un'impedenza di 100k verso il riferimento.


Scusa, non capisco cosa intendi dire. Le R da 100k servono solo come return path per l'AD620
Il buffer ho dovuto metterlo perché l'AD620 ha una corrente di bias troppo alta che con un gain di 10 diventava intollerabile
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[5] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentedadebian » 19 set 2018, 20:36

Figura

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[6] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utenteboiler » 19 set 2018, 21:09

venexian ha scritto:A me pare che quei due transistor messi così non proteggano nulla, né in modo comune, né differenziale, ma se c'è chi dice che in differenziale proteggono...


Sono sicuramente un'ottima protezione ESD a basso leakage.
Se i 10M bastano a limitare la corrente in modo che non distrugga termicamente la zona di svuotamento, allora va bene anche per le sovratensioni, non solo per l'ESD.

In modo comune, effettivamente, non servono a nulla.

Per favore, usa FidoCadJ.

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[7] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentevenexian » 19 set 2018, 22:16

boiler ha scritto:Sono sicuramente un'ottima protezione ESD a basso leakage.

Prima di postare il messaggio [3] ho provato in laboratorio la configurazione, e le giunzioni vanno in breakdown oltre i limiti di tensione di ingresso dell'operazionale per quell'alimentazione.

Ho provato anche altri transistor con tensione inferiore. Un BC337 ha dato 8,5 V. L'unico che ha dato una tensione interessante è stato un vecchio 2N3866 degli anni 80 (4,8 V).

C'è anche da dire che con 10 Mohm in ingresso, nulla che capiti di fuori genera una corrente sufficiente a fare danni. La funzione migliore di quei transistor è la capacità introdotta a valle della resistenza di ingresso.
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[8] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto Utentedadebian » 19 set 2018, 22:28

L'operazionale e' alimentato a +-12V.
Nel mio caso, con transistor 2N3904 misuro 8V. I transistor in questa configurazione sono usati ad es. nei DMM FLUKe per loro bassissima I leakage
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[9] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 19 set 2018, 22:35

Foto Utentedadebian, le immagini devono essere inserite tramite la relativa funzione presente nella tua schermata di risposta. Dopo averle caricate nei nostri server, usa il pulsante "inserisci in linea con il testo".
Questo e' il tuo secondo post che correggo..
Se le immagini sono schemi elettrici, allora devono essere ridisegnati in FidoCadj.
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[10] Re: Voltmetro DC bipolare con autorange

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 20 set 2018, 11:23

BrunoValente ha scritto:Mi pare poi che la presenza del buffer renda le cose molto asimmetriche: dal lato dove c'è il buffer l'ingresso vede l'impedenza del partitore sia verso il riferimento che verso l'altro ingresso, invece l'altro ingresso vede un'impedenza di 100k verso il riferimento.

dadebian ha scritto:Scusa, non capisco cosa intendi dire...


Ripeto:
BrunoValente ha scritto:Certamente dipende anche dall'uso che vorrai farne che non hai specificato.


Se ad esempio devi misurare tensioni in punti diversi di un circuito comunicante elettricamente con le alimentazioni del voltmetro allora ha senso l'ingresso differenziale e il fatto che la tensione di modo comune possa sconfinare o meno dipende dai valori delle due tensioni dove colleghi gli ingressi rispetto a GND del voltmetro.

In questo caso vi sarebbe asimmetria perché le impedenze verso GND che andrebbero a caricare i due punti sotto misura sarebbero molto diverse: quella dell'ingresso che fa capo al partitore dipenderebbe dalle resistenze del partitore, l'altra invece coinciderebbe con R9.

Se invece intendi utilizzare il voltmetro per misurare tensioni in circuiti galvanicamente isolati dall'alimentazione del voltmetro, così come si fa quando si utilizza un tester, allora non ha senso un ingresso differenziale che creerebbe solo problemi e sarebbe meglio cortocircuitare a GND l'ingresso che non passa per il buffer.

In questo secondo caso il circuito sotto misura vedrebbe solo l'impedenza del partitore tra i due punti dove si collegano gli ingressi del voltmetro.
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