kytkentäkaavio:
http://aijaa.com/EdjlTJ
Toimiiko tämä differentiaalivahvistin?
Erityisesti:
paljonko tämä vahvistin itse heiluttaa pisteiden A ja B jännitettä?
Jos enemmän kuin "mitättömän vähän", silloin on ongelma !
Eli tässä kytkennässä (monista netissä mainituista poiketen) R1 ja R2 eivät olekaan todellisia vastuksia vaan "virtuaalivastuksia" jotka muodostuvat kahen vastuksen sarjaankytkennästä:
eli R1:n sijasta onkin sarjaankytkentä R11 R12
ja R2:n sijasta onkin sarjaankytkentä R13 R14
Kun silti R1 = R2 = R3 = R4 = 20 MΩ,
niin vahvistuskertoimen pitäisi olla tasan 1.
MUTTA:
Tämä on osa isompaa kytkentää, ja siksi, jos tämä pääse heiluttamaan pisteiden A ja B jännitetasoa, se on ongelma.
Jos kytkentä ei olennaisesti heiluta pisteiden A ja B jännitetasoa, silloin selviän yhdellä maatasolla ja yhdellä teholähteellä.
MUTTA jos tämä kytkentä heiluttaa pisteiden A ja B jännitetasoa, eikä ongelma ole helposti korjattavissa, silloin joudun jakamaan ison kytkennän kahdeksi osakytkennäksi. Tämä ratkaisu ainakin toimii oikein, mutta se tarkoittaa:
a) 2 eri osakytkentää, kummallakin oma "maa" eli referenssitaso
b) kummallakin eri teholähde
ja
c) optoerotettu digitaalisen signaalin siirto kahden eri osakytkennän välillä
sekä
d) 2 mikrokontrolleria yhden sijasta
Kytkennän tarkoitus: mitata jännite pisteiden U1 ja U2 välillä, ja välittää tämä digitaalisena tietona PC -tietokoneelle (liitäntä PC joka tapauksessa optoerotettuna).
Oletetaan, että jännite pisteiden U1 ja U2 välillä voi olla mitä tahansa välillä:
-3000V .. 3000 V.
(Tästä syystä R11 ja R13 ovat kumpikin toteutettu 5 kpl sarjaankytketyllä 2 MΩ vastuksella, kunkin jännitekesto 300V).
Lisäksi pisteiden A ja B välille on kytketty sarjaan 2 kpl 12V zenerdiodeita, vastakaisin napaisuuksin kytkettynä (mikä kuvasta puuttuu).
Siksi pisteiden A ja B välinen jännite ei ylitä 12,8 V.
Tämän osakytkennän tarkoitus:
JOS U1 ja U2 välinen jännite on enintään 12V, tuottaa kopio tuosta jännitteestä operaatiovahvisimen avulla, siten että jännite kestää myös kuormitusta ainakin sen verran, mitä mikrokontrollerin integroidulla A/D -muuntimella mittaaminen aiheuttaa (mukaanlukien mahdollinen "sample & hold" -piiri aiheuttaa).
Pisteissä A ja B on sitten toinen mittauskytkentä, joka huolehtii mittauksesta silloin, kun U1 ja U2 välinen jännite on yli 12V.
Itseasiassa alueella 5V .. 12V kahta eri mittaustapaa voi käyttää rinnakkain, ja tämä onkin tarpeen, koska tuo toinen mittaustapa on monimutkainen, ja siinä syntyvät virheet on tarkoitus ottaa huomioon, ja kahden mittaustavan rinnakkain käyttö auttaa selvittämään, mikä näiden virheiden tarkka suuruus on.
(virhe aiheutuu useamman diodin sarjaankytkennässä, mutta todellisuudessa diodilla ei ole yhtä tarkkaa kynnysjännitettä, vaan tuo diodin kynnysjännite vaihtelee sekä lämpötilan että diodin läpi kulkevan virran suuruuden mukaan).
PC:lle raportoivat nopeat mittarit (eli ns. PC -oskilloskoopit):
onhan niitä valmiinakin myytävänä, mutta:
a) ovat usein kalliita
ja
b) ovat usein heikosti suojattuja, jolloin kallis laite herkästi hajoaa, jos siihen esim. joutuu tarkoittua suurempi jännite.
Tästä syystä itserakennettu ideana kiinnostaa: silloin ainakin voi itse pyrkiä suunnittelemaan laitteesta sellaisen, ettei sitä jännitepiikki hajota (ei ainakaan, jollei
nyt suora salamanisku pääse sitä hajottamaan
)
Eli: miten paljon tämä kytkentä pääsee vaikuttamaan A ja B väliseen jänniteeseen ja miten minimoida tämä vaikutus ?
http://aijaa.com/EdjlTJ
Toimiiko tämä differentiaalivahvistin?
Erityisesti:
paljonko tämä vahvistin itse heiluttaa pisteiden A ja B jännitettä?
Jos enemmän kuin "mitättömän vähän", silloin on ongelma !
Eli tässä kytkennässä (monista netissä mainituista poiketen) R1 ja R2 eivät olekaan todellisia vastuksia vaan "virtuaalivastuksia" jotka muodostuvat kahen vastuksen sarjaankytkennästä:
eli R1:n sijasta onkin sarjaankytkentä R11 R12
ja R2:n sijasta onkin sarjaankytkentä R13 R14
Kun silti R1 = R2 = R3 = R4 = 20 MΩ,
niin vahvistuskertoimen pitäisi olla tasan 1.
MUTTA:
Tämä on osa isompaa kytkentää, ja siksi, jos tämä pääse heiluttamaan pisteiden A ja B jännitetasoa, se on ongelma.
Jos kytkentä ei olennaisesti heiluta pisteiden A ja B jännitetasoa, silloin selviän yhdellä maatasolla ja yhdellä teholähteellä.
MUTTA jos tämä kytkentä heiluttaa pisteiden A ja B jännitetasoa, eikä ongelma ole helposti korjattavissa, silloin joudun jakamaan ison kytkennän kahdeksi osakytkennäksi. Tämä ratkaisu ainakin toimii oikein, mutta se tarkoittaa:
a) 2 eri osakytkentää, kummallakin oma "maa" eli referenssitaso
b) kummallakin eri teholähde
ja
c) optoerotettu digitaalisen signaalin siirto kahden eri osakytkennän välillä
sekä
d) 2 mikrokontrolleria yhden sijasta
Kytkennän tarkoitus: mitata jännite pisteiden U1 ja U2 välillä, ja välittää tämä digitaalisena tietona PC -tietokoneelle (liitäntä PC joka tapauksessa optoerotettuna).
Oletetaan, että jännite pisteiden U1 ja U2 välillä voi olla mitä tahansa välillä:
-3000V .. 3000 V.
(Tästä syystä R11 ja R13 ovat kumpikin toteutettu 5 kpl sarjaankytketyllä 2 MΩ vastuksella, kunkin jännitekesto 300V).
Lisäksi pisteiden A ja B välille on kytketty sarjaan 2 kpl 12V zenerdiodeita, vastakaisin napaisuuksin kytkettynä (mikä kuvasta puuttuu).
Siksi pisteiden A ja B välinen jännite ei ylitä 12,8 V.
Tämän osakytkennän tarkoitus:
JOS U1 ja U2 välinen jännite on enintään 12V, tuottaa kopio tuosta jännitteestä operaatiovahvisimen avulla, siten että jännite kestää myös kuormitusta ainakin sen verran, mitä mikrokontrollerin integroidulla A/D -muuntimella mittaaminen aiheuttaa (mukaanlukien mahdollinen "sample & hold" -piiri aiheuttaa).
Pisteissä A ja B on sitten toinen mittauskytkentä, joka huolehtii mittauksesta silloin, kun U1 ja U2 välinen jännite on yli 12V.
Itseasiassa alueella 5V .. 12V kahta eri mittaustapaa voi käyttää rinnakkain, ja tämä onkin tarpeen, koska tuo toinen mittaustapa on monimutkainen, ja siinä syntyvät virheet on tarkoitus ottaa huomioon, ja kahden mittaustavan rinnakkain käyttö auttaa selvittämään, mikä näiden virheiden tarkka suuruus on.
(virhe aiheutuu useamman diodin sarjaankytkennässä, mutta todellisuudessa diodilla ei ole yhtä tarkkaa kynnysjännitettä, vaan tuo diodin kynnysjännite vaihtelee sekä lämpötilan että diodin läpi kulkevan virran suuruuden mukaan).
PC:lle raportoivat nopeat mittarit (eli ns. PC -oskilloskoopit):
onhan niitä valmiinakin myytävänä, mutta:
a) ovat usein kalliita
ja
b) ovat usein heikosti suojattuja, jolloin kallis laite herkästi hajoaa, jos siihen esim. joutuu tarkoittua suurempi jännite.
Tästä syystä itserakennettu ideana kiinnostaa: silloin ainakin voi itse pyrkiä suunnittelemaan laitteesta sellaisen, ettei sitä jännitepiikki hajota (ei ainakaan, jollei
nyt suora salamanisku pääse sitä hajottamaan
)
Eli: miten paljon tämä kytkentä pääsee vaikuttamaan A ja B väliseen jänniteeseen ja miten minimoida tämä vaikutus ?
Vastaukset 5
Vanhimmat
Lataisit Linear Technologyn sivuilta
www.linear.com/designtools/software
LTspice ohjelman ja opettelisit käyttämään sitä.
Sillä voit simuloida kytkennän toiminnan.
Jos U2 muuttuu, niin B muuttuu 3/4 U2 verran. Samalla muuttuu A, kun lähdön jännite muuttuu. Vastaavasti U1 muuttaa A:n jännitettä, mutta ei vaikuta B:n jännitteeseen.
Piirrä kytkennän operaatiovahvistimen tulot Va ja Vb oikosulkuunja unohda R3 ja Operaatiovahvistin niin ymmärrät miten tuo vastusketju käyttäytyy. Vielä kun osaat käyttää Kirkoffin ja Nortonin teorioita niin hyvä tulee.
Riippuu siitä oparista, mittauspisteestä ja sen impedanssista jne. Ei pysty vastaamaan, kun vajavaiset tiedot kysymyksessä.
Pari kommenttia:
1)Onkohan liian suuriohmiset vastukset opampin inputeissa, katso "input bias current" ja "input bias offset" datalehdestä.
2)Zenerdiodien vuotovirta voi aiheuttaa ongelmia/mittausvirhettä kun vastukset ovat 10/20Mohm.
2)Kuinka mittaat sillä toisella mittaustavalla sen -3000V, jos zener-diodit rajoittavat A-B-välisen jännitteen siihen 12V:iin.
Laita se toinenkin mittauskytkentä jakoon, niin voimme paremmin neuvoa/arvioida sen toimintaa.