Как измерить ацп отрицательное напряжение. Методы измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП: обзор эффективных схем

Какие существуют способы измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП. Как работают схемы на операционных усилителях для преобразования отрицательного напряжения в положительное. Какие есть варианты реализации без использования отрицательного питания.

Основные проблемы измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП

Измерение отрицательного напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) представляет определенные сложности, так как большинство АЦП работают только с положительными входными сигналами. Вот основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики:

• Большинство АЦП имеют диапазон входных напряжений от 0 В до опорного напряжения (например, от 0 до 3.3 В или 5 В)
• Подача отрицательного напряжения напрямую на вход АЦП может привести к его повреждению
• Необходимость преобразования отрицательного напряжения в положительное без потери информации
• Желание избежать использования отрицательного источника питания в схеме

Решение этих проблем требует применения специальных схемотехнических решений для согласования отрицательного входного сигнала с диапазоном работы АЦП.

Схема с инвертирующим операционным усилителем

Одним из эффективных способов измерения отрицательного напряжения является использование инвертирующего операционного усилителя. Рассмотрим принцип работы такой схемы:

• Операционный усилитель включается по инвертирующей схеме
• Отрицательное входное напряжение подается через входной резистор
• В цепи отрицательной обратной связи включен резистор обратной связи
• На выходе формируется положительное напряжение, пропорциональное входному отрицательному

Коэффициент усиления схемы определяется отношением сопротивлений резисторов обратной связи и входного. Подбирая эти сопротивления, можно согласовать диапазон входных напряжений с диапазоном работы АЦП.

Схема сдвига уровня на резистивном делителе

Другим распространенным решением является использование резистивного делителя напряжения для сдвига уровня входного сигнала. Принцип работы такой схемы:

• Делитель напряжения подключается между положительным напряжением питания и входным сигналом
• Средняя точка делителя формирует напряжение смещения
• Входной сигнал суммируется с напряжением смещения
• На выходе получается сдвинутый в положительную область сигнал

Подбирая соотношение резисторов делителя, можно добиться нужного сдвига уровня для согласования с диапазоном АЦП. Этот метод прост в реализации, но имеет ограниченную точность из-за нагрузки входного сигнала.

Дифференциальная схема измерения

Некоторые АЦП поддерживают дифференциальный режим измерения, что позволяет напрямую измерять отрицательные напряжения. Принцип работы:

• Один вход АЦП подключается к измеряемому отрицательному напряжению
• Второй вход заземляется или подключается к опорному напряжению
• АЦП измеряет разность напряжений между входами
• Результат преобразования может быть отрицательным числом

Этот метод не требует дополнительных схем преобразования, но применим только с АЦП, поддерживающими дифференциальный режим.

Схема с токовым зеркалом

Интересным решением является использование токового зеркала на биполярных транзисторах. Принцип работы такой схемы:

• Входное отрицательное напряжение преобразуется в ток через входной резистор
• Токовое зеркало на PNP-транзисторах отражает этот ток
• Отраженный ток создает падение напряжения на выходном резисторе
• Формируется положительное выходное напряжение, пропорциональное входному отрицательному

Преимуществом этого метода является возможность работы без отрицательного питания. Однако он требует тщательного подбора компонентов для обеспечения точности.

Схема с использованием стабилитрона

Еще одним вариантом является схема с использованием стабилитрона в качестве опорного элемента. Основные особенности:

• Стабилитрон включается в нижнее плечо делителя напряжения
• Формируется опорное напряжение, не зависящее от входного сигнала
• Входной сигнал подается через верхнее плечо делителя
• На выходе получается сумма опорного напряжения и ослабленного входного сигнала

Этот метод позволяет получить хорошую линейность преобразования, но требует подбора стабилитрона с подходящим напряжением стабилизации.

Инструментальный усилитель для измерения разнополярных напряжений

Для измерения как положительных, так и отрицательных напряжений в широком диапазоне может применяться схема на инструментальном усилителе. Ключевые особенности:

• Инструментальный усилитель имеет дифференциальный вход
• Один вход подключается к измеряемому напряжению, второй — к общему проводу
• Выходной сигнал усилителя смещается с помощью опорного напряжения
• Формируется однополярный выходной сигнал во всем диапазоне входных напряжений

Этот метод обеспечивает высокую точность измерений, но требует наличия двуполярного питания усилителя.

Выбор оптимального метода измерения отрицательного напряжения

При выборе способа измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП следует учитывать несколько ключевых факторов:

• Диапазон входных напряжений и требуемая точность измерений
• Наличие или отсутствие отрицательного источника питания в системе
• Быстродействие и частотный диапазон измеряемых сигналов
• Сложность реализации и стоимость компонентов
• Требования к линейности преобразования

Для простых применений часто достаточно схемы на резистивном делителе. В случае повышенных требований к точности предпочтительны схемы на операционных усилителях. При необходимости измерения в широком диапазоне разнополярных напряжений оптимальным выбором может быть инструментальный усилитель.

Практические рекомендации по реализации схем измерения

При практической реализации схем измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП важно учитывать следующие аспекты:

• Использовать прецизионные резисторы с малым температурным коэффициентом сопротивления
• Применять операционные усилители с малым напряжением смещения и дрейфом
• Обеспечить хорошую развязку по питанию для аналоговых цепей
• Использовать экранирование для защиты от внешних помех
• Применять защитные диоды на входе АЦП для предотвращения перенапряжений

Тщательная проработка топологии печатной платы и правильный выбор компонентов позволят реализовать высокоточную систему измерения отрицательных напряжений с помощью АЦП.

Заключение

Измерение отрицательного напряжения с помощью АЦП представляет определенные сложности, но существует ряд эффективных схемотехнических решений. Выбор оптимального метода зависит от конкретных требований к системе измерения. Грамотное применение рассмотренных схем позволяет реализовать точные измерения отрицательных напряжений в широком диапазоне значений.

Как измерить отрицательное напряжение с помощью АЦП. » Хабстаб

Как известно многие современные микроконтроллеры имеют встроенный многоканальный АЦП, как правило, физически АЦП всего один, а многоканальность обеспечивается с помощью мультиплексирования. Диапазон напряжений с которыми может работать АЦП определяют уровни опорных напряжений(+VREF и -VREF), они не должны выходить за диапазон питания микроконтроллера. Диапазон напряжений, питающих микроконтроллер, может быть от 0 до 3.3, либо от 0 до 5 вольт. Отсюда становится понятно что измерять отрицательные напряжения АЦП не может, а это бывает необходимо.

Для измерения отрицательных напряжений с помощью АЦП существует несколько способов, во всех примерах будем считать что -VREF = 0, а +VREF = 5 вольт.

Необходимо измерять только отрицательные напряжения, например, от -5 до 0.
В таком случае можно применить инвертирующий усилитель, построенный на операционном усилителе(ОУ), с коэффициентом усиления равным -1.

Когда на вход схемы будет приходить -1 вольт, на вход АЦП будет поступать +1 вольт. Если же сигнал, который хотим измерить нужно усилить, достаточно изменить номиналы резисторов R1 и R2.

Необходимо измерять только отрицательные напряжения, например, от -15 до 0.
В таком случае можно применить сумматор построенный на ОУ

Номиналы резисторов R1 и R2 рассчитываются следующим образом, когда Uвх = -15 вольт, суммарное падение напряжение на резисторах R1 и R2 равно 20 вольт. В этом случае на прямом входе ОУ должно быть 0 вольт, отсюда становится понятно, что на R1 упадёт 5 вольт, а на R2 упадёт 15 вольт, из этого следует, что номиналы резисторов должны соотносится как R2/R1 = 3/1. С другой стороны, так как резисторы соединены последовательно и через них течёт один и тот же ток, можно записать формулу.

Идём дальше, так как в схеме присутствует отрицательная обратная связь, напряжение на прямом и инверсном выводе должны быть равны. Когда Uвх = 0 на выходе ОУ будет 5 вольт(в данном случае ноль на входе — максимальное значение, значит на выходе должно быть максимальное значение равное 5 вольтам). В это же время на прямом входе ОУ будет 3.75 вольта, и эти же 3.75 будут на инверсном входе. Так как на выходе ОУ 5 вольт, а на инверсном входе 3.75, легко рассчитать соотношение R3 к R4(обычный делитель напряжения).

Предположив, что R1 и R4 равны 10К, получаем

R1 = 10К

R2 = 30К

R3 = 30К

R4 = 10К

Необходимо измерить напряжение, которое может изменяться от -10 до 10 вольт.

Сделать это очень просто, для этого надо создать смещение, чтобы при подаче -10 вольт на вход схемы на входе АЦП было 0 вольт, тогда при подаче 10 вольт на входе АЦП будет 5 вольт.

Реализовать это можно несколькими способами:

• на резисторах
  

Номиналы резисторов рассчитываются очень просто, когда мы подаём на левый вход R2 -10 вольт на его правом выводе должно быть 0 вольт, в таком случае ток через R3 не течёт, так как на его концах отсутствует разность потенциалов.

Ток, протекающий через R2, равен

Ток, протекающий через R1, равен

Так как резисторы R1 и R2 соединены последовательно, то и токи, протекающие через них равны.

Предположим R2 равен 10K, тогда R1 равен 5K.

Осталось рассчитать R3, для этого на левый вывод R2 подадим 10 вольт, при этом на правом выводе должно быть 5 вольт, в таком случае ток через R1 не течёт.

Ток через R2 равен току через R3, получаем

получаем

R1 = 5К

R2 = 10К

R3 = 10К

Минус схемы на резисторах, это то что R2 ограничивает ток, поступающий на вход АЦП и то что любой шум в цепи питания будет попадать на вход АЦП. Хотелось бы обратить внимание на то, что у АЦП есть такой параметр, как входное сопротивление, которое, как правило, зависит от частоты сэмплирования, ниже изображена таблица в которой показано как зависит сопротивление входа от периода преобразования АЦП для STM32

сопротивление источника сигнала должно быть меньше этого значения, а последовательно включеный резистор R2 явно его не уменьшает. Говоря простыми словами за короткий промежуток времени АЦП должно получить достаточный заряд чтобы работать с ним, а резистор, включённый последовательно с входом, не даёт этого сделать.

Этот недостаток можно исправить, собрав схему, которая обладает низким выходным сопротивлением, то есть может отдать большой ток.

• сумматор на операционном усилителе
  

И снова нам поможет сумматор на операционном усилителе, как рассчитываются номиналы резисторов описано выше, но суть одна, надо взять два крайних значения, поступающего напряжения, при минимальном значении на выходе ОУ должен быть ноль, при максимальном должно быть 5 вольт(не забываем, что -VREF = 0, а +VREF = 5 вольт). Если необходимо измерять положительное и отрицательное напряжение, в качестве смещения удобно использовать половину опорного напряжения, то есть 2.5 вольта.
Вот что получилось в микрокапе, картинку можно увеличить кликнув по ней.

Схема на ОУ обладает низким выходным сопротивлением, то есть может отдавать большой ток и может быть пересчитана для измерения других напряжений, например, ±2.5 вольта.
В следующей статье мы рассмотрим ещё несколько способов измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП.

Как измерить отрицательное напряжение с помощью АЦП, продолжение… » Хабстаб

В прошлой статье мы рассмотрели несколько способов измерения отрицательного напряжения с помощью АЦП, в этой предлагаю рассмотреть ещё несколько способов, которые заслуживают внимания. Один из них можно увидеть в популярном сейчас конструкторе DSO138.

Как видно, в этой схеме не используется сумматор, но принцип работы схемы тот же, что описан в прошлой статье. Давайте вспомним его, необходимо задать смещение, равное половине динамического диапазона АЦП(в данном случае от 0 до 3.2), то есть когда на вход ОУ приходит 0 вольт, на выходе должно быть 1. 6 вольта(это можно увидеть на схеме, пометка с двумя звёздочками). Дальше разработчики сделали так, по крайней мере, похоже на то, когда на вход ОУ приходит -0.8 вольта на выходе 0,07 вольта, а когда приходит 0.8 вольта, на выходе 3.27 вольта. В таком случае динамический диапазон АЦП составляет 3.2 вольта и видно, что напряжение 1.6 вольта не является его серединой, но для нас это не принципиально, нас больше интересует данный способ измерения.

Предлагаю смоделировать ситуацию, в которую попали инженеры, у них была схема, но не было номиналов резисторов(подобную схему встречал и в других моделях осциллографов, иногда она модернизирована и отрицательное напряжение получают с помощью шима и ОУ).

Пусть на прямой вход приходит 0 вольт, тогда на инвертирующем должно быть столько же, на выходе ОУ будет 1.6 вольта. В таком случае ток через R11 не течёт, нет разности потенциалов. Получается, что ноль на инвертирующем входе формирует делитель напряжения образованный R9 и R10.

На схеме видно, что падение напряжения на R10 в 3.125 раза больше чем падение на R9, так как резисторы соединены последовательно, следовательно их сопротивления относятся примерно как R10/R9 = 3/1. Предположим, что R9 = 1K, а R10 = 3K.

Пусть на прямой вход ОУ приходит 0,8 вольта, на инверсном будет столько же, а на выходе ОУ будет 3.27 вольта. На R9 в такой ситуации будет падать 2.47 вольта и протекать ток равный 2.47mA.

Дальше этот ток разделится и потечёт через R10 и R11.

Давайте рассмотрим какой ток будет протекать через R10.

I10 = (0.8 — (-5))/3000 = 1.93mA

Ток протекающий через R11 равен разности токов через R9 и R10.

I11 = 2.47 — 1.93 = 0.54mA

Разделим 0.8 вольта на 0.54mA и получим номинал R11

R11 = 0.8/0.54 = 1.48K

Смотрим на схему и видим, что полученное значение немного отличается от действительного(1.5K), одна из причин этому то, что мы не учитывали напряжение смещения ОУ.

Давайте промоделируем схему в микрокапе при разных входных напряжениях.

Картинки выше подтверждают расчёты, единственной загадкой остаётся, почему в схеме пишут, что при подаче 0 вольт на вход ОУ, на его выходе будет 1.6 вольта.

P.S По ходу вычислений было сделано два приближения, первое — то что R10/R9 = 3, хотя у нас получилось 3.125, второе — то что при расчётах не было учтено напряжение смещения ОУ. В общем такой результат нельзя назвать положительным, поэтому попросил знакомого, у которого есть DSO138 , что бы он измерил напряжение на выходе ОУ в режиме GND(ну не может быть там 1.6 вольта думал я). И действительно, в режиме GND на выходе ОУ оказалось 1.67 вольта и это всё ставит на свои места. Исправлять расчёты в статье не буду, но каждый желающий может сделать это самостоятельно, так как теперь знает методику расчёта.

Микроконтроллер

— Как измерить отрицательное напряжение с помощью АЦП?

спросил 12 лет, 9 месяцев назад

Изменено 7 лет назад

Просмотрено 54к раз

\$\начало группы\$

Я работаю с микроконтроллером PIC со встроенным 10-битным АЦП и хочу измерить напряжение в диапазоне от -1 до -3 вольт.

Я думал об использовании операционного усилителя в инвертирующем режиме, чтобы сделать напряжение положительным, а затем подать его на АЦП микроконтроллера, однако здесь мне пришлось бы питать операционный усилитель отрицательным источником питания, верно? В данный момент я не хочу использовать отрицательный источник питания, и мне было интересно, можно ли добиться такой конфигурации? Можешь помочь?

• микроконтроллер
• рис
• АЦП

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Инвертирующий усилитель не нуждается в отрицательной шине для инвертирования напряжения.

Попробуйте думать о шинах питания как о источнике питания. Если вы посмотрите на схему, все выводы операционного усилителя привязаны к напряжению 0 В или выше. Когда появится ваш диапазон от -1 до -3, он будет отображаться как полная противоположность от 1 до 3 на выходе.

Это также дает вам некоторые преимущества в качестве буфера, так как входное сопротивление вашего вывода не будет сильно влиять на эту схему (пока R _в ||R _f большой).

Я согласен, что простой резистивный делитель делает свою работу — просто дам вам знать, что это тоже работает.

\$\конечная группа\$

16

\$\начало группы\$

Можно использовать делитель напряжения, один конец которого свисает с положительной шины питания. Скажем, у вас есть один с одинаковыми резисторами и источником питания 5 В, это приведет к напряжению между +2 В и +1 В для диапазона от -1 до -3 В.

 +5В +
    |
    р
    |
    +-- ВЫХОД
    |
    р
    |
В -+
 

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Идея делителя напряжения хороша, дешева, но дает вам проблему изменения измеряемого напряжения, которое будет рассматриваться как 1/2 изменения на входе АЦП. Если интерес представляют точные измерения, решением является стабилитрон в качестве нижней половины делителя. Если измеряемый объект может выдержать небольшую потерю тока, это отлично сработает. Обратное напряжение пробоя стабилитронов не является абсолютно плоским, особенно для очень малых токов, поэтому не делайте R1 слишком большим.

Теперь посмотрим, позволяет ли этот сайт обмена изображениями добавлять изображения…

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Это стандартная схема для такого преобразования. Я смоделировал его, чтобы доказать кому-то, что он работает, отсюда и схема SPICE. Вам нужно выбрать соответствующие номиналы резисторов, это работает, пока они 2R, 2R и R.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я сейчас на работе (не связанной с электроникой), без удобного программного обеспечения по электронике или книг, так что это будет только грубая идея. Может быть, кто-нибудь еще расскажет подробности…

Попробуйте токовое зеркало, используя пару PNP-транзисторов, подвешенных на шине Vcc. Подайте сигнал отрицательного напряжения на входную сторону зеркала через соответствующий резистор. Такой же ток должен протекать через выходной транзистор зеркала. С помощью правильно подобранного резистора вы создаете диапазон напряжений от 0 В до Vcc.

РЕДАКТИРОВАТЬ — НОВОЕ: Вот текущая схема зеркала. Какой бы ток ни проходил через транзистор T1, транзистор T2 будет пытаться создать такой же ток. Измеряемое отрицательное напряжение относительно источника питания, которое я случайно выбрал равным 15 В, создает некоторую струйку тока через R1 (измеряемую при моделировании как «входной ток»). Если бы R2 был таким же, как R1, вы бы нашли на нем такое же напряжение, если бы это было разрешено. Но он подключен к 0 В (земля) — наша схема основана исключительно на положительном питании. Это не сработает, если мы не уменьшим R2, скажем, на 1/2 от R1, тогда напряжение на нем будет 1/2 от того, что на R1. Измерьте это, посчитайте (ой, умножьте на 2, сложно!) И вот вы. Схема имеет разные значения, другое соотношение, но я думаю, что мы все можем справиться с математикой для этого.

Преимущество этого делителя перед простым делителем напряжения состоит в том, что 1) он выглядит более сложным, 2) это обычная уловка в конструировании аналоговых ИС. Поскольку я написал еще один ответ, используя стабилитрон, теперь я не уверен, почему это лучше, но это альтернатива делителю напряжения и может позволить получить разные диапазоны напряжений или что-то в этом роде. Теперь я позволю другим комментировать мудрость или глупость этой идеи…

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Возможно, вам даже не понадобится операционный усилитель. Некоторые АЦП (например, MCP3304, см. таблицу данных: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e. pdf) имеют встроенный дифференциальный режим, в котором АЦП возвращает разность двух каналов, что может быть отрицательное число.Если вы заземлите один канал (так называемый псевдодифференциальный режим), АЦП может принять отрицательное входное напряжение на другом и преобразовать его в отрицательное число, и все это без необходимости отрицательного напряжения.

Конечно, это применимо только в том случае, если ваш АЦП поддерживает такие вещи. Многие вообще не имеют дифференциального режима.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Я думаю, что уже есть очень хорошие ответы, но мне нравится публиковать другой подход, который я использую сам, чтобы делать в основном то же самое.

Можно ли использовать инструментальный операционный усилитель (например, LT1167)? Однако вам понадобится отрицательный рельс, но разве это не даст большей точности? а также лучшие способы усиления напряжения, если это необходимо, просто добавив один резистор.

добавить отрицательный рельс так же просто, как добавить что-то вроде minmax MCW03-05D05.

Проблема, с которой я столкнулся при использовании резисторов, заключается в том, что очень трудно найти идентичные резисторы, что приведет к ошибке, которую вам придется исправлять.

\$\конечная группа\$

4

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Операционный усилитель

— измерение положительного и отрицательного напряжения с помощью АЦП

спросил 6 лет, 7 месяцев назад

Изменено 2 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 8к раз

\$\начало группы\$

Я изучаю возможность измерения как положительного, так и отрицательного напряжения с помощью АЦП. Мое входное напряжение находится в диапазоне от -55 до +55 В, что в сумме составляет 110 В. Я использую АЦП MCP3424, так как его относительно легко соединить с Raspberry Pi. MCP3423 — дифференциальный АЦП с положительным и отрицательным входами для каждого порта. Я хочу подключить отрицательный (-) порт к земле, поэтому я подаю напряжение на положительный вход. Это дает мне диапазон от 0 до 2,048 В. (показания АЦП 18-битные)

Я хочу преобразовать диапазон от -55 В до +55 В в диапазон 0–2,048 В. Немного погуглив и имея ограниченные знания в области электроники, я пришел к следующей схеме:

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Вопросы/проблемы:

• будет ли это нормально работать?
• , к каким напряжениям я должен подключать шины напряжения операционного усилителя? OA1 на +5 и землю, а OP2 на +55В и -55В? В таком случае мне понадобится высоковольтный операционный усилитель, например LTC609.0?
• нужны защитные диоды на входе или на выходе?

Есть ли другие проблемы, которые я не вижу?

• напряжение
• операционный усилитель
• АЦП

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Ответ @Andyaka в основном такой же, как и я, но он использовал топологию инвертирующего усилителя. Так что +1 к его ответу.

В любом случае, учитывая, что я уже сделал расчеты, я тоже опубликую это. Следующая схема неинвертирующей топологии также должна работать:

^{смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab}

Значения R3 и R4 можно рассчитать на основе напряжения питания (простой делитель потенциала). Значения R1 и R2 я рассчитал на основе резисторов Е12. Он может быть не таким точным, как вы хотите, — выходной диапазон составляет от 0,175 до 1,94 В для входного диапазона +/-55 В.

Если вы используете более точные резисторы, вы можете приблизиться. Например, соответствующие значения серии E48 (1%) будут равны 133k и 2,49k для R2 и R1 соответственно. Для этого вам нужно сгенерировать опорное напряжение 1,04 В, используя делитель потенциала R3 и R4. Затем вы достаточно близко подходите к желаемому диапазону, получая выходной диапазон от 0,01 В до 2,031 В для входа +/- 55 В.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Мое входное напряжение находится в диапазоне от -55 до +55 В

Мое первое наблюдение состоит в том, что вы должны иметь в виду медленно движущийся сигнал; другими словами, у вас есть вход, который может варьироваться от -55 В до +55 В. Я говорю «медленный», потому что выбранный вами АЦП номинально нацелен на низкие частоты дискретизации. Да, он может выдавать 240 импульсов в секунду, но это было бы не очень хорошо при выборке напряжения переменного тока 50/60 Гц, потому что вы можете легко пропустить пики, если они не синхронизированы.

Диапазон составляет 110 вольт, и его необходимо уменьшить до 2,048 вольт, поэтому достаточно простого ослабления (два резистора). Затем вам нужно сместить (или сместить) диапазон от -1,024 В до +1,024 В вверх на +1,024 В, и это может сделать простая схема суммирования операционного усилителя.

Значения всех резисторов идентичны для точки (a), на которую подается напряжение -1,024 В, и точки (b), на которую подается ослабленный сигнал. Будет немного большее затухание из-за нагрузочного эффекта резистора в линии (b), но с этим можно справиться, и это также может решить проблему, учитывая, что АЦП не имеют идеального надежного входного диапазона, поскольку указано на лицевой стороне технического паспорта.

Вы получите инвертированный выход, т. е. +1,024 В представлено -1,024 В, но это тривиально после оцифровки.

Вы также должны следить за внутренней эталонной точностью и дрейфом в АЦП — это довольно хреново, если вы хотите точных и надежных измерений.

Для операционного усилителя я бы рассматривал вариант типа rail-to-rail, чтобы его выходной сигнал мог снижаться до 0 В, когда входной сигнал находится на одном из крайних значений.

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Вы также можете использовать пассивный делитель (в этом случае я бы добавил защиту, но принцип остается в силе)

Если \$V_{i}=55\$ V вы хотите \$V_o=V_H\$, то ток в \$R_2\$ отсутствует и т.д. $$ \frac{V_i-V_H}{R_1} = \frac{V_H}{R_3}$$

, и если \$V_i=-55\$ V вы хотите \$V_o=0\$, поэтому у вас нет ток в \$R_3\$ и так далее $$ \frac{-V_i}{R_1} = \frac{V_H}{R_2}$$

Зафиксируйте \$R_1\$ до разумного значения 100k, найдите \$R_2\$ и \$R_3\$ и у вас есть диапазон вывода от 0 до \$V_H\$ для ввода, который вам нужен.