아날로그 전압 레벨 변환 (레벨 시프트)


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1.5V ~ 3.5V 사이의 아날로그 전압을 끄는 조이스틱이 있습니다.

이 전압 범위를 변환하여 0V와 5V 사이의 아날로그 전압을 취하는 모터 컨트롤러를 제어하고 싶습니다.

레벨 시프트 및 증폭을 올바르게하려면 어떻게해야합니까?


중개 마이크로 컨트롤러가 없습니까? 그렇다면 ADC 만 사용하십시오.
sptrks

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나는 당신이 여기서 정확히하고 싶은 일을 자세히 설명하고 싶을 것입니다. 1.5V-3.5V에서 0V-5V로 아날로그 전압을 조정하려고합니까? 아날로그 전압을 일부 디지털 출력으로 변환하려고합니까?
bjthom

부스트 컨버터는 3.5V에서 최대 5V로 갈 수 있지만 1.5V에서 0V로 갈 수는 없습니다. 이득은 항상 1보다 크거나 같습니다.
Telaclavo

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@Telaclavo 부스트는 전원 공급에 사용되기 때문에 여기서는 유용하지 않지만 3.5V보다 더 큰 공급이 있다고 가정합니다.
clabacchio

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우리는 이것이 아날로그 전압이라는 것을 알고 있습니다. 당신의 공급은 무엇입니까?
clabacchio

답변:


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2.5V를 중심으로 5/2 = 2.5의 간단한 이득을 원합니다. 모터 컨트롤러 에서처럼 5V 전력을 사용할 수 있다고 가정하면 쉽습니다.

이것은 MCP6041 및 기타 여러 제품과 같이 5V 전력에서 실행할 수있는 레일 투 레일 출력 opamp 여야합니다. R1과 R2는 전압 분배기를 형성하여 입력 신호가 증폭 될 2.5V를 만듭니다. C2는 DC보다 5V 전원의 노이즈를 훨씬 더 감쇠시켜 조용하고 부드러운 DC 레벨을 만듭니다. opamp는 클래식 포지티브 게인 구성으로 R4 및 R3이 게인을 설정합니다. R1 및 R2에 의해 생성 된 2.5V 소스의 임피던스는 이득을 위해 R3에 효과적으로 추가되지만 100kΩ에서 1.2kΩ의 작은 기여입니다. 게인은 2.5보다 약간 작습니다.


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+1. 보다 정확하게, 레일-투-레일 출력 (여기서는 레일-투-레일 입력이 필요하지 않음)
Jason S

@Jason-수정되었습니다.
Olin Lathrop

R1 및 R2의 값을 어떻게 선택 했습니까?
abdullah kahraman

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@abdullah : 공급이 5V이고 포인트가 2.5V가되므로 R1 = R2의 제약이있었습니다. 다른 선택은 2.5V 소스의 임피던스, 즉 R1 // R2입니다. 낮을수록 좋습니다. 그러나 낮을수록 더 많은 전류를 의미합니다. 나는 부유 노이즈 픽업을 유지하기 위해 R3과 함께 가고 싶을 정도로 100kOhm 정도의 높은 느낌을 받았다. 1.2kΩ은 이에 비해 충분히 낮은 임피던스로 보였고 5V 전원에서 약 1mA를 끌어 들였습니다.
Olin Lathrop

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@jfenwick : "Ad"와 같이 제대로 정의 된 용어 없이는 이러한 방정식의 의미를 알 수 없습니다. 또한이 회로에 음의 피드백이있어 게인을 설정한다는 사실을 놓친 것 같습니다. 연산 증폭기의 개방 루프 이득은 폐쇄 루프 회로의 이득에 중요하지 않을 정도로 크다. 5V와 GND가 어디에서나 만나지 않습니다. 손을 덜 흔들면 더 구체적이어야합니다.
Olin Lathrop

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이것은 하나의 연산 증폭기로만 가능합니다. 당신이하려는 것은 레벨 시프트증폭 입니다. 우리는 이것을 항상 만들었습니다. 작은 아날로그 전압 출력 범위의 센서가 있고 전압 스윙을 확장하여 ADC에서 최대 해상도를 얻을 수있는 로봇에 유용합니다.

우리는 보통 다양한 오프셋과 게인으로 만들어서 로봇의 각 센서에 맞게 조정할 수 있습니다.

연산 증폭기 가변 레벨 시프트 및 증폭

설정이 올 바르면 항상 포트의 저항을 측정하고 대신 고정 값 저항을 사용할 수 있습니다.

또는 값을 직접 계산할 수 있습니다.

연산 증폭기 레벨 시프트 및 증폭

저항 값을 계산 하는 데 도움이 되는 온라인 계산기 가 있습니다.



@clabacchio-맞습니다. 그러나 5V가 있다고 가정 할 수 있다고 생각합니다.
Rocketmagnet

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이것은 반전됩니다. 모터 속도를 높이기 위해 조이스틱을 직관적 인 방향과 반대 방향으로 움직여야하는 경우 사용자 인터페이스에서 문제가 될 수 있습니다.
Olin Lathrop

이것을 레벨 시프 팅이라고 지적 해 주셔서 감사합니다.
jfenwick

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Cybergibbons의 말과 반대로, 그것은 매우 간단한 아날로그 전자 장치입니다. 그러나 회로에 사용할 전원을 지정해야합니다.

공통 모드 신호 (1.5V)를 0으로 낮추고 나머지에 5/2 = 2.5의 게인을 적용하는 회로가 필요합니다. 약간의 게인을 가진 Op-Amp 기반 레벨 시프터로 쉽게 할 수 있습니다.

해결책은 기준 전압이 1.5V 인 아날로그 감산기를 사용하는 것입니다. 더 간단한 해결책은 올바른 위치에 기준이있는 비 반전 증폭기 일뿐입니다.

이 회로 는 다음 작업을 수행합니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

Opamp는 시뮬레이터의 기본값 일 뿐이므로 공급 장치에 따라 다른 것이 필요할 수 있습니다.

의해 주어진 이득을 가진 비 반전 증폭기R1+R2R2


회로도를 그리는 것만 큼 간단합니다. 복잡한 문제는 신호가 0-5V에서 나와야하며 모터 컨트롤러에 대한 입력이어야한다는 요구 사항이 있습니다. 0.05V는이를 차단하지 않으므로 분할 공급 연산 증폭기가 필요합니다. 즉, 분할 공급을 제공해야하므로 많은 추가 노력이 필요합니다.
Cybergibbons

@Cybergibbons는 그가 가진 것에 따라 그다지 많지 않습니다. 그리고 rail-to-rail op-amp를 사용하여 그것 없이도 일할 수 있습니다.
clabacchio

혹시. 나는 Rail-to-rail 성능에 의존하는 것이 몇 가지 이유로 제어 할 수없는 것은 아니라는 것을 배웠다. 첫째, 레일 투 레일은 실제로 레일 투 레일이 아닙니다. 최고 성능의 opamp는 약 10mV 정도가되어 문제를 일으킬 수 있습니다. 둘째, 그들은 그 지역에서 그렇게 선형 적이 지 않습니다. 셋째, 출력을로드하면 레일 대 레일 성능이 훨씬 나빠집니다 (모터 컨트롤이 출력을로드 할 수 있습니다-우리는 알지 못합니다). 물론 모터 컨트롤러에 불감 대가 있으면 문제가되지 않습니다.
Cybergibbons

@Cybergibbons는 성능 저하에 대해 옳을 수도 있지만 (모릅니다) 아날로그 장치에는 레일에서 2-5mV (최대)에 이르는 레일 투 레일 op 앰프가 있습니다. 그러나 12V 전원 공급 장치가있는 경우이 문제는 존재하지 않으므로 공급 방법에 따라 다릅니다. 그는 구동 능력에 대해 적절한 공급 장치가있는 한 다른 연산 증폭기를 사용하여 신호를 버퍼링 할 수있다.
clabacchio

@Cybergibbons-프로세서 PWM 출력 핀이 0 % 듀티 사이클에서도 그라운드의 10mV 내로 갈 가능성이 있습니까?
MikeJ-UK
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