Protezione dell'ingresso di un operazionale

[nikiT]

Ciao a tutti,
rispolvero questa conversazione con un bel mese di ritardo, causa esami, per rendere giusto omaggio a chi mi ha aiutato con gli ultimi post.

Prima di tutto, grazie a BrunoValente e DirtyDeeds per i conti e gli schemi (in particolare, per l'ultimo link che leggerò con la dovuta calma), dai quali ho imparato parecchie cose nuove!

Per il resto, essendomi reso conto che realizzare un partitore compensato non sarebbe stato troppo pratico da mettere a punto, ho deciso di tagliare la testa al toro prescindendo anche dall'ultimo requisito dell'elevata impedenza d'ingresso. Per assicurarmi di non sacrificare eccessivamente la banda passante dello strumento, ho deciso di dimensionare il partitore d'ingresso per un'impedenza complessiva di 202 kΩ, che mi pare un valore ragionevole per la maggior parte delle applicazioni pratiche.

Nel caso mi servisse un'impedenza maggiore, potrò sempre impiegare una sonda esterna (che dovrebbe essere più facile da compensare, rispetto al partitore intero), sacrificando una portata. Direi che sia un compromesso accettabile!

Per il resto, l'ultima difficoltà che ho trovato è stata quella di escogitare un metodo per azzerare l'offset del convertitore RMS-DC. Sul datasheet è riportato un'offset massimo all'uscita dell'AD637 è di ±0,5 mV, che avrebbe quindi potuto invalidare l'ultima cifra del voltmetro digitale usato (che ha una sensibilità di 0,1 mV).

Dato che l'AD637 dispone solo di un morsetto per l'aggiustamento dell'offset in uscita, ho dovuto escogitare un modo per ottenere una tensione di quell'ordine di grandezza che fosse stabile nei confronti delle variazioni delle tensioni d'alimentazione.

L'unica soluzione che mi è venuta in mente è stata quella di utilizzare due generatori di tensione di riferimento da 2,5 V collegati ad un partitore variabile. Essendo il rapporto tra la resistenza del trimmer e quella del resistore da 68 Ω molto elevato, verso metà corsa ottengo un'ottima risoluzione per assicurarmi una regolazione precisa (la curva è quasi orizzontale).

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Se qualcuno ha qualche idea alternativa su come si sarebbe potuto fare, sono felice di imparare qualcosa di nuovo!

Avendo risolto buona parte dei problemi, in questi giorni ho iniziato a realizzare le varie schede e questa mattina ho finito di montare i vari pezzi.

DSC03059.JPG (63.99 KiB) Osservato 2216 volte

Per ottenere una discreta precisione, ho selezionato tutti i resistori dell'attenuatore e dell'amplificatore d'ingresso con un ponte di Wheatstone ed un millivoltmetro.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Per trovare i giusti rapporti, ho proceduto in questo modo:

• ho bilanciato approssimativamente il ponte con dei resistori all'1%;
• tenendo fisso , ho trovato due resistori identici (che fornissero la stessa tensione di sbilanciamento), e li ho usati per bilanciare di nuovo il ponte: a questo punto, so che il ponte è bilanciato quando ;
• ho cercato un certo numero di resistori molto simili da 90,9 kΩ; mettendone 10 in parallelo su , su ho quindi trovato i rispettivi resistori da 9,09 kΩ più simili;
• ho ripetuto la stessa operazione per tutti gli altri valori, fino a quello da 101 Ω, che ho trovato mettendo in parallelo 9 resistori da 909 Ω.

In questo modo, non ho informazioni sul valore esatto dei resistori, ma solo sul loro rapporto: alla fine ho ottenuto una precisione dello 0,2 % tra la prima e la seconda portata, e inferiore allo 0,1% su tutte le altre portate, quindi è una precisione più di dieci volte superiore a quella che avrei ottenuto usando resistori non selezionati.

Se qualcuno conosce un metodo più preciso, ha tutto il mio interesse!

Per il resto, ho incontrato parecchie difficoltà dovute al rumore irradiato dall'alimentatore: poiché il voltmetro assorbe circa 120 mA ( ), i disturbi impulsivi a 100 Hz prodotti dalla commutazione dei diodi dell'alimentatore producevano un rumore di fondo che portava ad una misurazione di circa 0,12 mV sullo strumento. Per eliminare questo rumore, ho dovuto schermare completamente l'alimentatore, usare due alimentazioni separate (una per il voltmetro ed una per i circuiti analogici), e isolare con dei fotoaccoppiatori il settore del commutatore che si occupa di muovere il punto dei decimali del display. Che scocciatura!

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Ad ogni modo, il circuito funziona, e la misura è simile a quella fornita dall'oscilloscopio entro lo 0,2%, dunque direi che per una spesa complessiva inferiore a 40 €, posso dichiararmi soddisfatto!

In definitiva, grazie a tutti quelli che mi hanno aiutato su questo progetto: grazie a voi ho imparato davvero tante cose nuove, e mi sono reso conto di quanta attenzione sia necessaria, ad esempio, per rispettare un requisito apparentemente poco severo come quello di ottenere un'elevata impedenza d'ingresso unitamente ad una buona banda passante. Vi devo un favore!

A presto,
Niki

[BrunoValente]

Ciao Niki,
per regolare l'offset farei così:

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In questo modo si riduce molto l'impennamento all'inizio e alla fine della rotazione del trimmer

[DirtyDeeds]

Innanzitutto, nikiT, complimenti per la realizzazione

Dato che l'AD637 dispone solo di un morsetto per l'aggiustamento dell'offset in uscita

Avendo un parametro da regolare, un morsetto basta.

L'unica soluzione che mi è venuta in mente è stata quella di utilizzare due generatori di tensione di riferimento da 2,5 V collegati ad un partitore variabile.

La tua soluzione e quella di BrunoValente non mi convincono. Innanzitutto, per un intervallo di correzione così limitato, molto probabilmente, non c'è bisogno di mettere anche dei riferimenti di tensione. La normale alimentazione dovrebbe essere comunque sufficientemente stabile. Poi, se si guarda lo schema semplificato dell'AD637 (fig. 4 a p. 7 del data sheet) si vede che tra l'ingresso di correzione e lo 0 V c'è già una resistenza da 125 ohm, che conviene sfruttare. Ed è quello che è stato fatto nel circuito di figura 8 a p. 9. C'è, infatti, un trimmer da 50 kohm, connesso tra le due alimentazioni, il cui cursore è connesso a una resistenza da 1 Mohm: tale resistenza è abbastanza elevata da caricare il trimmer in modo trascurabile e far sì che la tensione sul cursore vari proprio in modo lineare, con la posizione dello stesso, tra -Vs e +Vs. La resistenza da 1 Mohm con la resistenza interna da 125 ohm formano un partitore di tensione che limita la correzione a +/- 2 mV (con +/- 15 V di alimentazione).

Insomma, a me sembra che il circuito di correzione consigliato nel data sheet sia sufficiente. Eventualmente, si possono aggiungere i due riferimenti di tensione: possono risultare superflui, bisognerebbe fare qualche conticino, ma non dannosi. Come trimmer, usa un trimmer multigiri: hanno una miglior aggiustabilità e sono più stabili a lungo termine.

[nikiT]

Poi, se si guarda lo schema semplificato dell'AD637 (fig. 4 a p. 7 del data sheet) si vede che tra l'ingresso di correzione e lo 0 V c'è già una resistenza da 125 ohm, che conviene sfruttare.

Accidenti, non me ne ero accorto! Mi sono complicato la vita inutilmente!

Ad ogni modo, dopo cena farò due conti per vedere se un trimmer multigiri da 1 MΩ mi avrebbe assicurato una buona facilità di taratura (risparmiando due riferimenti di tensione).

Considera che anche adesso ho usato un trimmer multigiri (in questo caso la regolazione ha un margine d'errore di circa un giro, dunque non è molto complessa da mettere a punto). Beh, due conti mi chiariranno sicuramente le idee!

Grazie!

Ciao,
Niki

[DirtyDeeds]

un trimmer multigiri da 1 MΩ

Perché vorresti metterlo da 1 MΩ? Se al cursore connetti una resistenza anche da 1 MΩ, peggiori la linearità.

[nikiT]

Oops, scrivevo di fretta e ho avuto un refuso: intendevo 50 kΩ.

Ad ogni modo, con lo schema suggerito e con le alimentazioni a ±12 V, avrei avuto un campo di tensioni di ±1,5 mV, quindi circa 0,12 mV/giro con un trimmer multigiri, mentre col mio circuito, nella regione lineare ho circa 0,35 mV/giro. Oltre ad aver complicato le cose, le ho peggiorate!

Tra l'altro, i regolatori che ho impiegato (78L12 e 79L12) hanno un coefficente termico dalle parti di -1 mV/°C (ho trovato solo il dato relativo al regolatore positivo). Se ho fatto bene i conti, questo porterebbe ad un errore sulla tensione di correzione dell'offset inferiore a 4 µV per un aumento di temperatura di 30 °C, che è sicuramente trascurabile.

In definitiva, direi che avrei benissimo potuto risparmiare anche i generatori di tensione di riferimento. La prossima volta starò più attento ad osservare i datasheet!

E ovviamente, grazie per avermelo fatto notare, ho imparato una cosa nuova!

Ciao,
Niki