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Alimentazione Operazionali come Protezione

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 25 ott 2018, 7:24

Salve, ho letto un articolo di IsidoroKZ su “Modo comune e singola alimentazione negli operazionali – I”.
Ho trovato l’articolo molto interessante anche se non ho capito molto ... #-o

Sto realizzando una specie di tester e tra le varie funzioni c’è il circuito che mi misura l’ESR dei condensatori Elettrolitici.


Il circuito è alimentato a 12V e senza condensatore da misurare, in uscita prima dell’op ho una tensione a vuoto di circa 3,3 V. (Punto Prova)

L’op amplifica (circa 2 – è variabile) e mi restituisce una tensione che deve leggere Arduino.
Ovviamente in questo modo mando sull’ingresso analogico una tensione troppo alta (6,6 V).
Lo stesso discorso vale se il condensatore ha una ESR dell’ordine dei 200 Ohm (5,2 -> 10,4), quindi da buttare...

Per ottenere una risoluzione buona tengo la tensione in uscita sui 4V per una ESR di circa 1-2 Ohm in modo da poter scendere molto con la lettura. Non mi interessa sapere il valore di ESR se supera una certa soglia, comunque il condensatore è da buttare.

Avevo pensato, per salvare arduino, di alimentare l’op a 5V in modo da avere in uscita una tensione compatibile.
Leggendo il sopracitato articolo mi è venuto il dubbio che in questo modo rompo il povero op che nulla mi ha fatto :D . (attualmente per le prove è alimentato a 12V e al posto di arduino uso il tester).

Guardando il datasheet del LM324 vedo la scritta:
The input common-mode voltage of either input signal voltage should not be allowed to go negative by more than 0.3 V (at 25°C). The upper end of the common-mode voltage range is V + − 1.5 V (at 25°C), but either or both inputs can go to 32 V without damage (26 V for LM2902-N), independent of the magnitude of V + .
Per LM358 non trovo questa scritta.

In teoria posso utilizzare lo schema sopra citato per LM324 e non per LM358 ? è un utilizzo corretto ?
Per gli ingressi (anche se con il partitore non arrivo a quella tensione) potrei avere i 5,2 V ...

Il circuito corretto sarebbe alimentare l’op a 12V e sull’uscita uno Zener da 4,7 V?

Grazie
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[2] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 29 ott 2018, 9:45

Scusate, ho fatto una domanda assurda ?
Solo per capire. Alla fine penso che utilizzerò lo Zener...
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[3] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteMax2433BO » 29 ott 2018, 9:49

... forse non era nella sezione più consona al quesito: proviamo a spostare l'argomento in Elettronica generale...

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[4] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 29 ott 2018, 10:10

Gli ingressi anche analogici di arduino sono protetti con un diodo al +5V e uno a 0 V che sopportano
al max 40 mA.
Io alimenterei l'operazionale a +12 V e collegherei l'uscita del'operazionale all'ingresso analogico con
supponiamo una R da 3,3 kohm , nel caso peggiore la corrente sarebbe limitata a (12-5)/3,3 = 2,2 mA l'ingresso arduino è protetto.

Con tensioni nel campo 0-5 V la caduta sulla resistenza è trascurabile data l'alta impedenza di ingresso dell'ingresso analogico. O_/
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[5] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 29 ott 2018, 10:42

Chiarissimo mi fornisco di tante r da 3k3! Vedi che allora i datasheet dei componenti vanno letti !!!! :D
Quindi per "curiosità" ho guardato il datasheet dell'Atmega e sorpresa ecco spuntare i diodi...

Giusto per capire l'altra parte: l'operazionale posso alimentarlo a es. +5V e avere in ingresso una tensione più alta es. +8V senza bruciarlo (essendo sotto la V max)? La tosatura è consentita :D
Oppure posso farlo solo per quegli op che hanno la dicitura tipo LM324 ?
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[6] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 29 ott 2018, 10:53

Giusto per capire l'altra parte: l'operazionale posso alimentarlo a es. +5V e avere in ingresso una tensione più alta es. +8V senza bruciarlo (essendo sotto la V max)? La tosatura è consentita :D
Oppure posso farlo solo per quegli op che hanno la dicitura tipo LM324 ?


Per l'operazionale NON mi pronuncio, guarda il data sheet.

Serve un OPA rail to rail per avere una escursione 0-5 V

Per il LM358, se alimentato a +5V, mi pare che l'uscita al massimo salga a 3,5 V.
O_/
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[7] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 29 ott 2018, 11:42

Si, meglio un op rail to rail se voglio impostare i 4V di partenza.
Grazie 1k
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[8] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto Utentevenexian » 29 ott 2018, 12:25

MarcoD ha scritto:Gli ingressi anche analogici di arduino sono protetti con un diodo al +5V e uno a 0 V che sopportano al max 40 mA.

Questo non è vero. E' uno degli errori più diffusi nella lettura del datasheet Atmel relativo ai microcontrollori utilizzati su quella scheda.

La corrente di ±40 mA si trova nella parte del datasheet 'Absolute Maximum Ratings' che recita

DC Current per I/O Pin: 40 mA

Questa indicazione non si riferisce alla corrente che può passare sui diodi di protezione presenti nei pin di I/O, ma alla massima corrente di Sink/Source quando quel pin funziona come uscita.

Se si tenta di far passare una corrente anche minima in quei diodi, si viola un altro punto degli 'Absolute Maximum Ratings' che recita

Voltage on any Pin except RESET with respect to Ground: -0.5V to VCC+0.5V

Se la tensione al pin viene mantenuta entro questi limiti, i diodi di protezione non entrano in conduzione.

Va ricordato che con 40 mA che scorrono nel diodo di protezione e nella resistenza presente in serie al pin, prima di questi diodi, la tensione sale ben oltre i limiti consentiti.

Atmel, dopo essere stata acquisita da Microchip, ha cambiato negli ultimi datasheet quella dicitura, indicando con più chiarezza

I/O pin sink/source current

Invece della precedente meno chiara indicazione.

Ciò non toglie che, in particolari e ben testate condizioni sia possibile utilizzare quei diodi come limitatori di tensione all'ingresso dei pin, ma la corrente deve essere moto minore, nell'ordine dei microampere, come indicato in una stessa application note Atmel (AVR182: Zero Cross Detector) dove si legge

It is not recommended that the clamping diodes are conducting more than maximum 1 mA

Leggendo con attenzione quella application non può sfuggire una nota ancora più importante

The clamping diodes are able to handle spikes for a short period of time but not surges. The application note will not go into how to protect against surges, but simply recommend implementing protection against surges in the design.

Che in pratica indica chiaramente che la soluzione funziona, ma non è affatto sicura se non vengono prese adeguate soluzioni esterne per proteggere gli ingressi.

L'application stessa indica come minima resistenza di ingresso 2 x 1 Mohm, che di per se produce un filtro passa-basso molto limitante per ogni frequenza sopra pochi hertz.

Questo è uno dei motivi per i quali Arduino non dovrebbe essere considerato qualcosa di diverso da ciò che in realtà è...
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[9] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 29 ott 2018, 12:40

Prometto che leggerò accuratamente il datasheet #-o

A questo punto, cosa è meglio fare ?
1) Zener da 4,7 V e relativa R.
2) Usare (se è ok) LM324 (o similare magari rail to rail)
3) Partitore resistivo, anche se perdo in accuracy ?

Immagino che la 1 o 3 siano le migliori candidate ...
Comunque, nel caso non si fosse capito :D , mi piaceva l'idea :idea: che l'op mi filtrasse (tagliando) la tensione che in questo caso (e forse anche in altri) potrebbe essere utile.
Quindi la sostanza è: lo posso fare (con le premesse fatte nel 1° post)?
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[10] Re: Alimentazione Operazionali come Protezione

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 29 ott 2018, 12:49

Aggiungo anch'io un bit di informazione, che viene dall'esperienza.

Tra le cose che spesso non si considerano, c'è il fatto che i diodi di clamp, anche se "grossi", non sono di per sé una protezione (cioè non "smorzano" eventuali sovra-tensioni), ma vanno solamente a vincolare due tensioni.
Se un ingresso sale al di sopra del valore dell'alimentazione in modo continuativo (DC), il diodo di clamp può portare a due condizioni:
- tensione dell'ingresso pari all'alimentazione + Vf del diodo, se sull'alimentazione si assorbe tutta la corrente proveniente dall'ingresso, cioè tipicamente se c'è qualcuno che consuma abbastanza;
- tensione di alimentazione pari a quella forzata sull'ingresso - Vf del diodo, viceversa.

Quindi, in pratica, il risultato dipende dalle resistenze serie equivalenti dei due generatori (quello sull'ingresso vs. quello dell'alimentazione).
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