Stabilizátor napětí řádově desítky milivoltů

Zpráva

pavlii · #1 Příspěvek od **pavlii** » 28 říj 2013, 22:09

Potřeboval bych něco, použitelné jako Zenerova dioda, co by stabilizovalo napětí okolo 12 mV (nebo víc, nejvíc ale cca 200mV), v rozsahu proudů 0,0002mA až 1mA. Nebo stabilizátor na takové napětí, stabilní v uvedeném proudovém zatížení.

Důvod je, že mám proudové čidlo, připojené do AD převodníku ATMEGA328P. Tento převodník ale pod cca 12mV vrací hodnotu 0. (Chvíli mi to trvalo, než jsem zistil, kdo je viník, nejdříve jsem omylem podezíral čidlo. Potřebuji tedy posunout zem čidla o nejméně oněch 12 mV výš, aby ADC změřil i malé proudy, které teď neměří.

Zkoušel jsem vložit mezi GND a zem čidla germaniovou diodu (moje má Uf asi 0,11V, lépe řečeno je to BE přechod starého germaniového tranzistoru) ale úbytek na ní není v uvedeném rozsahu proudů lineární, takže to není moc použitelné, kazí mi to linearitu čidla. Čidlo je založeno na obvodu LTC6102.

Dokážete mi něco navrhnout?
Našel jsem zatím pouze obvod ZXRD060, který by měl umět stabilizovat od 200mV, což je skoro dost, ukradne mi to kus ADC rozsahu (0-5V) na úkor rozlišení.

#2 Příspěvek od **forbidden** » 28 říj 2013, 22:30

Pomocí OZ jde to napětí posunout nahoru, ale bez malýho zápornýho napětí pro ten OZ se asi neobejdeš. Když bude kvalitní, tak to nebude nijak lítat.

pavlii · #3 Příspěvek od **pavlii** » 28 říj 2013, 23:16

Podle tohohle obrázku

Obrázek

by teoreticky měla být šance nají takovou diodu, která by byla v rozmezí 0,2uA až 1000uA celkem lineární.

Na obrázku třeba OA47 se zlatým hrotem.

Celý článek zde http://neazoi.com/ultimatextalset/index.htm

To, že Vf není konstantní mi ani tak nevadí, upravím násobitel převodu z proudu na ADC výsledek. Hlavně, aby to bylo alespoň lineární.

Ruprecht · #4 Příspěvek od **Ruprecht** » 29 říj 2013, 07:05

To ti jde o ty dvě hodnoty 4,9 a 9,8mV?

Při tvém ADC rozsahu (0-5V)/10bit znamená 4,9mV na bit.
00000 00000 je 0mV, to ti to ukazuje,
00000 00001 je 4,9mV,
00000 00010 je 9,8mV,
00000 00011 je 14,7mV a to už je nad tvých 12mV takže to už ukazuje.

pavlii · #5 Příspěvek od **pavlii** » 29 říj 2013, 09:30

Celkem dobrá otázka. Je určitě důvod se zeptat.

Ale v podstatě ano, jde mi o rozsah 0-12mV, kde to sice vypadá, že jsou jen "dvě" hodnoty, které mi to neukazuje, pokud bych uvažoval jednotlivé měření. V praktické aplikaci to vzorkuje s asi 500 Hz frekvencí, takže ze zkušenosti se s tím dá měřit (používám minutové průměry) minimálně na desetiny, spíš na setiny AD hodnot. Zcela na začátku jsme používali Hallova čidla, která ale byla tak citlivá na fluktuace magnetického pole, že měření v řádu mA bylo stejně neproveditelné, protože celkový šum dosahoval ve výsledku až 40mA.

Převedeno na proud mi pak chybí celý rozsah od 0 do asi 110 mA, což , pravda, není moc, ale štve mně to. Původně jsme to měřili čidly založenými na Texas Instruments INA169, která měla vlastní ovstupní ffset 200 uV, což odpovídalo nemožnosti měřit proud pod asi 220 mA. Ta jsme přímo z toho důvodu nahradili LTC6102, kde výrobce Linear Technology inzeroval, že se jedná o čidla s nejnižším vstupním offsetem pro měření proudu na shuntu na zeměkouli, konkrétně 3 uV. Tak jsme hurá do toho vlítli a čekali jsme možnosti měření v řádu miliampér. (Horní mez čidla je asi 50A). No a praktický test proběhl a ono nic. Zlepšení bylo ze 220 mA dolní hranice na asi 100 mA, tedy poloviční. Po takové anabázi se nemůžete divit, že mi to nedalo a šťourám do toho už jen z principu.

V podstatě by mě zajímalo, čím si v Linear Technology myslí, že to my chudáci lidi budeme měřit a využijeme ten jejich super malý offset, když AD převodníky mají offset, jak je vidět, o několik řádů vyšší. Měli tam rovnou zapracovat do obvodu nějaký level shift na nulu třeba na 0,1V a ne přímo na nule, jinak to stejně nikdo nevyužije.

p.s. dal jsem tam včera ze šuplíkových zásob jednu diodu se zlatým hrotem (našel jsem OA9) tak jsem zvědav, jaká bude linearita.

EDIT - ještě jsem zapomněl do proudu diodou a tím do požadovaného rozsahu linearity započítat spotřebu vlastního LTC6102. Ta je podle datasheetu okolo 0,4mA, tedy se rozsah linearity dost "zmenšil" (co se týče řádu okrajových hodnot) z původních 0,0002mA až 1mA na cca 0,4ma až 1,4mA.

Hodnotu 0 mi to sice ukazuje ale je mi k ničemu, když nevím jestli je to opravdu 0, takže vlastně jde o 3 AD hodnoty, ne dvě.

Ruprecht · #6 Příspěvek od **Ruprecht** » 29 říj 2013, 10:30

Nejde třeba součtovým zesilovačem přičítat konstantní napětí a tím to stejnosměrně šoupnout? Vypadá to, že máte k dispozici symetrické napájení, přijde mi to nejjednodušší, pokud v tom není nějaký pes...

Olchor · #7 Příspěvek od **Olchor** » 29 říj 2013, 12:06

Z diody bych referenci nevyráběl, bude to šíleně tepelně nestabilní. Asi se bez OZ neobejdeš. Některé ( full range, třeba LM358) jedou od nuly i bez záporného napětí, výstup nemusí jít až na nulu, stačí posunout seriovou diodou.

#8 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 29 říj 2013, 13:36

Chceš měřit v rozsahu 4 řádů s 10-bit převodníkem ? To tam můžeš nasázet součástek jak do raketoplánu a stejně skončíš buď u přepínání rozsahů, nebo u orientačních výsledků.

pavlii · #9 Příspěvek od **pavlii** » 29 říj 2013, 14:16

Pokud nám jde jen o minutové průměry hodnot (průměr z cca 30 000 vzorků), tak to má přesnost dostatečnou, konkrétně pro mne by stačilo rozlišení zhruba na desítky mA. Tedy 3 řády, jestli počítám dobře.

Ne že by to ADC se stabilní referencí nezvládl i na jednotky mA, ale linearita upraveného čidla asi lepší přesnost nedovolí.

Teď obhlížím dnešní graf linearity čidla se zemí posunutou diodou se zlatým hrotem a vypadá to celkem dobře, zatím je v rozsahu 0-20A odchylka od přesné linearity max 40mA v porovnání s referenčním vícerozsahovým měřičem. To je 0,2% chyba. Na 50 let starou diodu dobrý

Ale POKUD to nějaký současný obvod zvládne na 4 řády, tak to bude určitě LTC6102. Je v současnosti absolutní špička. bohužel ten posun nuly, co tu vymýšlíme, ho zatím dost degraduje

danhard · #10 Příspěvek od **danhard** » 30 říj 2013, 00:03

Nechápu.
Máš offset převodníku -12mV, tak si tam na ten 5k zakončovací odpor přiveď přes 2M2 ? opravný proud z +5V.

pavlii · #11 Příspěvek od **pavlii** » 30 říj 2013, 00:20

No já pořád čekám, že bude mít někdo nějakej hrozně jednoduchej nápad, kterej to rozsekne. Tohle vypadá nadějně. Otázkou je, jestli to zpětně neovlivní tu zpětnou vazbu eltécéčka. V tuhle noční hodinu mě to nějak už nemyslí.

2M2 z 5V na 4k7, kterej tam mám jako Rout, dá nějakejch 10.66 mV na Rout. To by šlo. LTC nastavuje stejnej napěťovej úbytek na Rin, jako je na Shuntu Rsense pomocí otevírání tranzistoru čímž svede část měřeného napětí do Rout. Resp. proud přes Rout se rovná proudu přes Rin. Co se stane, když proud v Rout přižhavíme na těch 11 mV v klidu?

EDIT: když o tom tak v polospánku přemýšlím, tak to možná bude fungovat. Když bude chtít LTC nastavit 20mA, tak je nastaví a Rout poteče 20+něco (=10,66/4700) mA. Ještě mi to ,prosím, někdo potvrďte, že neblouzním.

Jo a ty grafy Vf diod nahoře jsou blbost, protože osa X je logaritmická. Takže to není lineární, jak to vypadá na první pohled. I když to celkem fungovalo, protože rozsah 0,4-1,4mA není zas tak velký a chyba se opravdu udržela pod 0,5 %. Diodu jsem měl mezi V- spojeno s dolním koncem Rout a GND.

#12 Příspěvek od **mtajovsky** » 01 lis 2013, 17:36

pavlii píše:Jo a ty grafy Vf diod nahoře jsou blbost, protože osa X je logaritmická. Takže to není lineární, jak to vypadá na první pohled...

Naopak, logaritmická závislost je v pořádku, pokud se má měřit vstupní veličina přes 4 řády v jednom rozsahu. Tak se zachová relativní přesnost. K čemu je na 20A rozlišení na 1 mA? Nějak bych to posunul od nuly s jedinou podmínkou - stabilita. A zbytek bych nechal na SW, například kalibrační tabulka.

#13 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 01 lis 2013, 18:46

Já mám hlavně pořád pocit, že si někdo myslí, že když změří napětí s přesností měřidla např. 3 platné řády a udělá např. 1000 měření, že z toho dokáže dostat výsledek s přesností 4 platné řády. Tak tudy prosím ne.

Ruprecht · #14 Příspěvek od **Ruprecht** » 01 lis 2013, 19:20

V tomto případě myslím půjde o oversampling, třeba 12-ti bitová hodnota z 10bit převodníku...
např. http://www.atmel.com/images/doc8003.pdf

#15 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 01 lis 2013, 19:49

Každá teorie má svoje omezení a svoje použití.

Dva jednoduché příklady z měření :

1. VUT labiny, čtyři měření digitálním voltmetrem s platností výsledku 3 platné cifry, výsledný průměr zaokrouhlený na 4 cifry = protokol směr koš. Proč ? "Výsledek jsme oprávněni zaokrouhlit pouze na tolik platných cifer, s jakou nejhrubší přesností jsou zjištěné vstupní údaje." Chyby měření se sčítají, takže výsledný průměr nemůže být přesnější než měření.

2. Mám 10-bit AD převodník s rozlišením 1mV a provedu 1000 měření stejnosměrného napětí 0.5mV se superponovaným šumem 0.25mV. Jaký asi bude výsledný průměr ve srovnání s 12-bit převodem (t.j. 0.25mV rozlišení) ?