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Realiza un ATENUADOR de PRECISIÓN con control digital

Cuando se diseñan los instrumentos, una interfaz analógica es esencial. Además, como la mayoría de los equipos tienen una interfaz digital o de microcontrolador, el circuito analógico debe tener control / acceso digital.

Aquí se describe el circuito de un atenuador programable con control digital, donde el control digital puede ser un interruptor dip remoto, o salidas lógicas CMOS de un contador de décadas (que tienen un peso equivalente binario de 1, 2, 4 y 8, respectivamente) , o el puerto de E / S de un microcontrolador como 80C31.

El corazón de este circuito es el amplificador operacional OP07 popular con compensación ultrabaja en la configuración de inversión. Un interruptor multiplexor analógico CMOS dual de 4 canales CD4052 permite el cambio de ganancia. Una característica innovadora del circuito es que la resistencia de “encendido” (alrededor de 100 ohmios) del interruptor CD4052 se omite para que su uso no introduzca ningún error.

Diagrama para el ATENUADOR de PRECISIÓN con control digital

Las resistencias R1 a R6 utilizadas en el circuito deben tener una tolerancia del 0,1%, 50 ppm (partes por millón) si utiliza DPM de 3½ dígitos, es decir, recuentos de ± 1999 (aproximadamente 11 bits). Pero para DPM de 4½ dígitos (aprox. 14 bits), es posible que necesite tener trimpots (por ejemplo, reemplazar la resistencia R6 de 1k-ohm por una resistencia fija de 900 ohmios en serie con un trimpot de 200 ohmios) para reemplazar R3, R4, R5 , y las resistencias de selección de ganancia R6 para una calibración adecuada a la precisión requerida. Sin embargo, para pruebas o ensayos, use resistencias de 1 por ciento de 100 ppm de MFR. Los errores esperados serán de alrededor del 1 por ciento.

Para mantener el recuento de piezas (por lo tanto, el costo) al mínimo, el común o tierra se usa como terminal de entrada positivo y un extremo de la resistencia R1 como negativo. Esto es así porque el amplificador operacional invierte la polaridad como se usa en la configuración de inversión. Esto no importa, ya que el transformador de la fuente de alimentación aislará el equipo y todas las polaridades son relativas. En caso de que desee que lo común sea lo negativo, deberá agregar algunas etapas (los circuitos IC4 e IC5 se muestran en el circuito amplificador de precisión que se describe más adelante).

El pinout OP07 se basa en el amplificador operacional único estándar 741. Se puede usar cualquier otro amplificador operacional como CA3140, TLO71 o LF351 pero con errores de compensación superiores al 1%, lo que no es tolerable en instrumentación de precisión.

El OP07 tiene circuitos integrados equivalentes como µA741 y LM607 que tienen un voltaje de compensación ultrabajo (<100 µV), corriente de polarización de entrada baja (<10nA) y alta impedancia de entrada (> 100M), que son los requisitos clave para un buen op-amp de instrumentación para usar con entradas de CC

Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones de diseño:

  • (a) Entrada: 500 V máx. Dado que las resistencias de ¼W pueden soportar hasta 250 V, las resistencias R1 y R2 en serie se utilizan para 1 megaohmio con límite de entrada de 500 V (máx.). Estas resistencias también limitan la corriente de entrada. Los diodos D1 y D2 sujetan el voltaje a través de la entrada del amplificador operacional a ± 0.5V, protegiendo así el amplificador operacional.
  • (b) Salida La salida se puede conectar a un DPM basado en 7107/7135 o cualquier otro convertidor analógico a digital o etapa de amplificador operacional. Utilice un búfer en la salida si la salida tiene que ser cargada por una carga de menos de 1 megaohmio. Utilice un búfer de inversión si los cables de entrada tienen que tener polaridad donde tierra es el terminal de inversión. (Para más detalles, vea el siguiente circuito).
  • (c) Interruptor CMOS CD4052 La resistencia de encendido (100 ohmios aprox.) viene en serie con la resistencia de la fuente de salida del amplificador operacional, que no produce errores en la salida. El circuito no aísla, solo se atenúa. Cuando hay alto voltaje en su entrada, no toque ninguna parte del circuito.
Tabla de verdad (entrada de control VS atenuación)
  • (d) Opciones de control digital:
    • (i) A y B pueden controlarse mediante el puerto de E / S de un microcontrolador como 80C31 para que el controlador pueda controlar la ganancia.
    • (ii) A y B pueden asignarse a contadores como 4029/4518 para desplazarse digitalmente.
    • (iii) A y B pueden conectarse al interruptor DIP.
    • (iv) A y B se pueden conectar a un interruptor de rueda de control.

Notas

  1. La lógica de entrada digital 0 es 0V y la lógica 1 es 5V.
  2. Todas las resistencias son resistencias de película metálica (MFR) con una tolerancia del 1%, a menos que se especifique lo contrario.
  3. C2 y C3 son capacitores de discos cerámicos de 0.1 µF = 100 nF de valor.