amplificatore differenziale

[iacca]

buongiorno a tutti!

volevo chiedere se qualcuno ha idea del perchè mi trovo una disfunzione nel circuito con amplificatore differenziale che sto componendo.

dunque il problema e' che mentre ai due ingressi (tramite un pulsante che ho chiamato di "tara" che opportunamente manda un segnale all'ingresso invertente tramite un resistore da 10kohm) si viene a creare un vi=(v+-v-) di circa a 0V.

Ovviamente questo processo si rivela necessario perchè ho un segnale vi(v+-v-) che inizialmente non risulta =0.

ora il il problema sta nel fatto che il segnale pur essendo entro i margini di saturazione(uscita circa   +Vsat/2...) il segnale rimane stabile a quel valore.. senza alcun tipo di alterazione che sarebbe invece attesa poichè alla porta v+ (tramite opportuno partitore con resistori dimensionati a coppie) arriva il segnale di un estensimentro.

ora ho fatto varie misure con il tester, e mi risulta la procedura di tara funzionante, ovvero inizialmente ho v+=1.5v    v-=0.5v guadagno = 15 ed infatti la vo satura positivamente a circa 8v.

una volta premuto il tasto di tara(che tramite l'arduino mi gonfia la v- passando per il resistore r1=10kohm) mi si crea una vi=v+-v- = circa 0.04v.

tutto lascia sperare che la tensione di uscita ora si adegui alle variazioni della tensione proveniente dall'estensimetro che va sull ingresso non invertente... invece la vo rimane come dicevo prima fissa al valore di +Vsat/2.

 

 

grazie in anticipo a chiunque usi del proprio tempo per aiutare!

buon pomeriggio a tutti!

 

[Nino1001-b]

Se posti uno schema ci capiamo meglio.

[Livio Orsini]

Dala descrizione non è che si capisca molto.

Ricopio il consiglio di Nino: pubblica lo schema quotato di quello stai realizzando.

[gabri-z]

Ammesso 

4 ore fa, Nino1001-b ha scritto:

Se posti uno schema ci capiamo meglio.

 

4 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

pubblica lo schema quotato di quello stai realizzando.

 

4 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Dala descrizione non è che si capisca molto.

Molto ? Dalle spiegazioni risulta che sia pure invertente sto differenziale ...

[gabri-z]

4 ore fa, iacca ha scritto:

grazie in anticipo a chiunque usi del proprio tempo per aiutare!

Non occorre ! Metti lo schema , dai dettagli precisi senza risparmiare parole , ed in qualche modo si troverà la soluzione , non è che dobbiamo andare sul Marte ....almeno credo .

[Livio Orsini]

Gabri se metti uno schema non ci sono equivoci.

11 ore fa, gabri-z ha scritto:

Dalle spiegazioni risulta che sia pure invertente sto differenziale ..

 

Visto che tu hai capito tutto, perchè non hai dato una spiegazione del mal funzionamento?

 

Forse sono rincitrullito dall'età, ma io non ci ho capito molto dalla descrizione.

[gabri-z]

1 ora fa, Livio Orsini ha scritto:

Visto che tu hai capito tutto,

NO, dopo la parola '' molto '' manca la faccina sorridente . In realtà non ho capito niente e , peggio ancora , ho interpretato i valori d'ingresso descritti qui  

 

17 ore fa, iacca ha scritto:

inizialmente ho v+=1.5v    v-=0.5v guadagno = 15 ed infatti la vo satura positivamente a circa 8v

 

di polarità opposta !

  E' chiaro che mi serve una vacanza !

[iacca]

avete ragione scusate, speravo di scavarmela con poco

 

sono stato superficiale nella rappresentazione dell'arduino, quindi specificherò col testo:

soggetto: 2° operazionale---->  all'ingresso non invertente(+) vado a leggere la tensione[circa1.2v]

"                                      "----> all'ingresso invertente (-) vado a riscrivere la stessa tensione appena letta[circa1.2v] 

questa dovrebbe essere la funzionalità di tara richiamata attraverso l'impulso ricevuto dall arduino tramite pulsante.

 

prima di definire il problema chiarisco nel ponte il resistore variabile è un estensimetro e che lo scopo finale e' quello di progettare una bilancia.

 

siccome nel progettare il ponte con resistori fisici risulta impossibile trovare valori di resistenza totalmente uguali,consegue uno squilibrio del segnale di appena qualche mV. Ora come immaginerete il segnale prodotto e' per l'appunto molto piccolo, e per farlo leggere all' arduino sto eseguendo un amplificazione del segnale che porta con sè l'amplificazione degli errori(quali sbalzi o il semplice ingrandimento di quel mV indesiderato che con guadagno 100 si traduce in 100mv) da qui la necessità tramite il secondo differenziale dell'operazione di tara.

ora il problema consiste nel fatto che il segnale  VO (non VO') parte giustamente in saturazione (come mi aspetto dai conti di guadagno * segnale differenziale) ma quando attivo il processo che porta in equilibrio la tensione sui due ingressi,VO si STABILIZZA a 4.14 volt(circa 1/2 vsat) senza dare più segni di variazione di alcun tipo.

 

la cosa strana è che misurando la tensione agli ingressi effettivamente si comporta come desidero.. e non mi spiego il perchè.

 

concludo dicendo che la configurazione con cui ho montato il circuito e' quella classica di due coppie di resistori"R1,R2" come da insegnamenti scolastici.. e che riproposti sul primo operazionale fanno il loro dovere...

 

spero di aver spiegato in giusta maniera il concetto che volevo portare alla luce e di essermi fatto capire, in caso contrario, se avrete voglia di continuare l'argomento accetterò più che volentieri l'aiuto.

grazie comunque in anticipo!

 

[gabri-z]

Come alimenti gli AO ?

[gabri-z]

Poi , anche se non conosco il funzionamento del Arduino , credo che faccia il suo lavoro , annulla le variazioni di segnale , visto che lo replica sull'altro ingresso.

Anche il rapporto tra i due valori (letto e generato ) è importante , quasi certo impostabile dal programma .

Modificato: 12 dicembre 2020 da gabri-z

[iacca]

2 hours ago, gabri-z said:

Come alimenti gli AO ?

scusami, purtroppo ho letto solamente ora, pensavo mi arrivassero notifiche ma invece niente..

 

ad ogni modo alimentazione duale(due pile da 9V).

per quello che riguarda il valore di rapporto penso che vada bene, perchè andando a misurare le tensioni  che l'arduino riproduce sull'ingresso(-) e quella invece sul (+) [che proviene da una precedente amplificazione del ponte di wheatstone] si equivalgono.

[iacca]

1 minute ago, iacca said:

scusami, purtroppo ho letto solamente ora, pensavo mi arrivassero notifiche ma invece niente..

 

ad ogni modo alimentazione duale(due pile da 9V).

per quello che riguarda il valore di rapporto penso che vada bene, perchè andando a misurare le tensioni  che l'arduino riproduce sull'ingresso(-) e quella invece sul (+) [che proviene da una precedente amplificazione del ponte di wheatstone] si equivalgono.

mi viene il dubbio possa centrare il fatto che con 1 alimentazione duale alimento due diversi ampli??

perchè ho riproposto l'amplificazione di un segnale generato con trimmer ma alimentando solamente il 2° differenziale senza tutto cio che sta a monte.. e funzionava a regola con il suo guardagno=15. 

[gabri-z]

Disponi di un oscilloscopio ? Hai guardato che il sistema non entri in oscillazione , mi pare di ricordare A_V = 100 sul primo ......1500 non è poco .

Con questi valori sono importanti anche le posizioni e lunghezze delle piste , posizione componenti , figuriamoci fili volanti avanti indietro.....

Modificato: 13 dicembre 2020 da gabri-z

[Livio Orsini]

Mancherebbero alcuni dati, come il tipo di AO ed i pin a cui è collegato arduino (per capirne la funzione), però vediamo di fare chiarezza su alcuni aspetti fondamentali.

 

Anche senza conoscere come hai colelgato arduino ti dico subito che così non può funzionare.

 

Quando si hanno problemi su di un circuito conplesso si deve cominciare a suddividerlo in parti elementari.

1. L'alimentazione con due batterie è ottima perchè ti togli di mezzo qualsiasi disturbo di rete; sarebbe bene alimentare anche il ponte da una batteria, magari usando uno zener da 4V7 per stabilizzare e limitare la tensione.
2. Se anche usando dei resistori allo 1% o meglio, vivamente raccomandati soprattuto per la loro maggior stabilità, c'è comunque uno sbilanciamento, non succede nulla. Si possono usare parecchie tecniche per azzerare il fuori zero. Non hai quotato lo schema quindi non posso analizzarlo nel dettaglio, però il primo stadio è in confugurazione canonica. Togli il collegamento al secondo stadio e misurane l'uscita.
3. Il secondo stadio andrebbe usato in configurazione canonica, invertente o non invertente, e potresti inserire un trimmer per togliere l'eventuale fuori zero del ponte e del sensore.

Se poi spieghi come hai collegato arduino e cosa intendi fa fare a questo dispositivo si può discutere meglio del sistema.

[iacca]

2 hours ago, Livio Orsini said:

Mancherebbero alcuni dati, come il tipo di AO ed i pin a cui è collegato arduino (per capirne la funzione), però vediamo di fare chiarezza su alcuni aspetti fondamentali.

 

Anche senza conoscere come hai colelgato arduino ti dico subito che così non può funzionare.

 

Quando si hanno problemi su di un circuito conplesso si deve cominciare a suddividerlo in parti elementari.

1. L'alimentazione con due batterie è ottima perchè ti togli di mezzo qualsiasi disturbo di rete; sarebbe bene alimentare anche il ponte da una batteria, magari usando uno zener da 4V7 per stabilizzare e limitare la tensione.
2. Se anche usando dei resistori allo 1% o meglio, vivamente raccomandati soprattuto per la loro maggior stabilità, c'è comunque uno sbilanciamento, non succede nulla. Si possono usare parecchie tecniche per azzerare il fuori zero. Non hai quotato lo schema quindi non posso analizzarlo nel dettaglio, però il primo stadio è in confugurazione canonica. Togli il collegamento al secondo stadio e misurane l'uscita.
3. Il secondo stadio andrebbe usato in configurazione canonica, invertente o non invertente, e potresti inserire un trimmer per togliere l'eventuale fuori zero del ponte e del sensore.

Se poi spieghi come hai collegato arduino e cosa intendi fa fare a questo dispositivo si può discutere meglio del sistema.

dunque innanzitutto grazie!

per i collegamenti ad arduino, c'è il pin 5 che fa la "lettura"(v+) mentre il pin 3 scrittura(v-)

 

tipo operazionale ua741CP,  pin (2,3) rispettivamente (v+) e (v-)

                                              pin (4,7) rispettivamente (-vcc) e (+vcc)

                                              pin (6)    (vOut) con retroazione negativa.

(1-punto)► il consiglio sull'alimentazione a parte del ponte mi piace un sacco, ma la poca familiarità con lo zener mi ha portato a semplificare la procedura partendo da un circuito più semplice, mi piacerebbe finire il, progetto in quel modo per completezza.

(2-punto)►bella anche l'idea del trimmer , era mia intenzione procedere attraverso l'arduino per una migliore conoscenza dello strumento, visto l'obbiettivo della scuola di farci prendere familiarità con l'oggetto.

 

mi dispiace ma purtroppo non sono riuscito a capire cosa si intende per configurazione canonica del secondo stadio e mi manca la praticità di utilizzo dei forum per rimediare allo schema che non ho quotato, sarò felice di farlo non appena capisco come.

 

l'intenzione e' quella di riprodurre una bilancia attraverso arduino, ed un estensimetro applicato ad una superficie che viene deformata.

ps se la misura richiesta nel 2 punto(cit. "Togli il collegamento al secondo stadio e misurane l'uscita.") p quella della tensione che da schema risulta essere vo', allora il valore in uscita è circa 1.2V con variazioni  di ± 200mV.

 

 

Ps.per rispondere a gabri,si e' vero, è un grande amplificazione, infatti ho stagnato tra loro i resistori, e poi li ho isolati con il nastro isolante, i piedini della breadboard servono solo ai collegamenti ai pin dell'operazionale, da subito era evidente che con un guadagno così alto , anche le interferenze diventavano molto invasive.

comunque no purtroppo non sono in possesso di un oscilloscopio.

 

[Livio Orsini]

L'uscita analogica di arduino dimenticala, almeno per questo progetto!

Si tratta di una poverissima modulazione in PWM, solo 255 possibili variazioni; per usarla come è nelle tue intenzioni dovresti filtrare pesantemente e comunque riusciresti ad ottenere gradini di oltre 19mV, un'enormità.

 

 

Questa è la forma canonica di un circuito invertente con compensazione di offset sul non invertente.

Il resistore di ingresso lo dimensioni a 10k, mentr quello di reazione lo dimensioni a 10k, Il resitore sull'ingresso "+" è da 10k così come quello collegato al trimmer. Dimensioni il partitore con il trimmer in modo da avere la massima escursione di +/-500mV circa.

Probabilmente dovrai girare gli ingressi del primo stadio.

Con il trimmer tari in modo da avere lo zero in assenza di pesi sulla bilancia; poi se la massima escursione è come ho ipotizzato ti conviene usare la tensione di riferimento interna di arduino. Non ricordo a memoria il valore perchè è molto che non la uso, dovrebbe essere tra 1V e 2V, cosi i 1023 livelli dell'AD di arduino si distribuiscono su circa 2 V invece che su 5 V, in questo modo apprezzi meglio le variazioni di segnale.

 

Io addirittura userei un ponte asimmetrico per partire da 0V gia all'uscita del primo stadio, ed usare un solo stadio. In questo modo riduci anche gli errori dovuti agli amplificatori.

 

[iacca]

1 hour ago, Livio Orsini said:

L'uscita analogica di arduino dimenticala, almeno per questo progetto!

Si tratta di una poverissima modulazione in PWM, solo 255 possibili variazioni; per usarla come è nelle tue intenzioni dovresti filtrare pesantemente e comunque riusciresti ad ottenere gradini di oltre 19mV, un'enormità.

 

 

Questa è la forma canonica di un circuito invertente con compensazione di offset sul non invertente.

Il resistore di ingresso lo dimensioni a 10k, mentr quello di reazione lo dimensioni a 10k, Il resitore sull'ingresso "+" è da 10k così come quello collegato al trimmer. Dimensioni il partitore con il trimmer in modo da avere la massima escursione di +/-500mV circa.

Probabilmente dovrai girare gli ingressi del primo stadio.

Con il trimmer tari in modo da avere lo zero in assenza di pesi sulla bilancia; poi se la massima escursione è come ho ipotizzato ti conviene usare la tensione di riferimento interna di arduino. Non ricordo a memoria il valore perchè è molto che non la uso, dovrebbe essere tra 1V e 2V, cosi i 1023 livelli dell'AD di arduino si distribuiscono su circa 2 V invece che su 5 V, in questo modo apprezzi meglio le variazioni di segnale.

 

Io addirittura userei un ponte asimmetrico per partire da 0V gia all'uscita del primo stadio, ed usare un solo stadio. In questo modo riduci anche gli errori dovuti agli amplificatori.

ok grandioso grazie! adesso purtroppo non ho il tempo materiale di provare fisicamente, tra stasera e domani cerco di riadattare il tutto, il ponte asimmetrico vado a vedermi cosa è ed in che modo posso essere applicato al mio caso.

sono curioso se generando un offset tramite trimmer elimino il problema appena metto in pratica comunque vi riporto tutto anche e sopprattutto in caso di vittoria!! ✌️

i valori di pwm scarsi dell output arduino davano fastidio anche a me, l'idea dei due operazionali nasce da quello..

 

l'idea era ponte di wheatstone:

segnale Out con squilibrio di 15 mV          --->        A.O.  guadagno 100   ---->         segnale1500mV(di errore) ma anche variazioni estensimetro.

a questo punto all'entrata del secondo statio, la scala di 19mV del pwm dell arduino, non sarebbe stata troppo precisa, ma comunque estremamente funzionale nell'abbattere i 1500mV di scarto.

 

detto ciò sia per vedere se si riesce a renderlo funzionale, che per un fattore di precisione, riprodurrò' un partitore con trimmer come da circuito rappresentato e riporto.

 

ancora una volta grazie un milione!

 

 

 

[iacca]

dunque Signor Livio... la sua dritta di evitare di utilizzare l'arduino e' stata fenomenale.. non so ancora che origine abbia il problema, ma sostituendo semplicemente la tensione di offset generata con un trimmer a partitore risulta perfetta! ora anche al 2° stadio l'uscita lavora come desiderato..

se fosse possibile sfrutterei pero'  ancora un poco la sua conoscenza!  

in riferimento allo zener come stabilizzatore di cui parlava prima, mi piacerebbe applicarlo sia al ponte di weathstone sia al partitore(del trimmer) che fa la tensione di offset.

devo riguardarmi l'argomento però perche' non ricordo come si dimensiona, o se necessita di resistori ed altro, al momento ricordo solo che polarizzato inversamente la tensione ai suoi capi si stabilizza.

vado a fare qualche ricerca a vedere cosa salta fuori, se ha qualche consiglio, io tengo orecchie ed occhi aperti da qua dietro!  

 

 

 

[Livio Orsini]

Prima cosa: sul forum ci consideriamo amici e colleghi, quindi si usa l'amichevole "tu" senza agettivi e titoli, indipendente dai tuitoli accademici, età e mansioni professionali.

 

Veniamo al tuo problema.

Devi calcolarti la corrente che circola nell'alimentazione del ponte. Ppoi fai circolare nello zener una corrente pari a circa 5 volte la corrente che circola nel ponte. Questa è una regola empirica.

 

Tanto per fare un esempio.

Supponiamo che nel ponte circolino 4mA, facciamo circolare nello zener 20mA per avere una buona stabilizzazione. Usando uno zenere da 4.7V la dissipazione dello stesso sarà 4.7 *20^-3 = 94 mW, quindi praticamente qualsiasi zener è adatto. Se aliminti con 9V il resistore in serie allo zener sarà

Rz = (9 - 4.7) / 0.02 circa 220 ohm.