Quiero medir una tensión variable con un Arduino y hay que hacer un trazado de datos en tiempo real.
Pero la tensión de alimentación será de 10 V y se supone que el Arduino no tiene más de 5 V.
¿Hay alguna manera de resolver este problema? ¿Tiene alguna recomendación para el diseño del circuito?
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Disminuye la tensión con un divisor resistivo y la amortigua con un op-amp de entrada y salida rail-to-rail conectado como un seguidor de tensión. Esto amortigua la resistencia en el divisor resistivo del ADC para que la resistencia del divisor no distorsione la lectura del ADC. Esto, a su vez, le permite utilizar resistencias altas en el divisor para que el propio divisor no se cargue y sesgue su fuente de señal. Siempre quieres una baja impedancia de salida que vaya a una alta impedancia de entrada para que la fuente de señal sea impulsada fuertemente y no se cargue, lo que la sesga y distorsiona.
En tu caso tienes una fuente de señal que conduce un divisor resistivo, y luego tienes un divisor resistivo el ADC. Por lo tanto, quieres que el divisor resistivo sea muy alto en relación con la impedancia de salida de tu fuente de señal, pero también quieres que sea muy bajo en relación con la impedancia de entrada de tu ADC. Sin el búfer, tienes que llegar a un compromiso entre las dos cosas. El búfer funciona teniendo una impedancia de entrada ridículamente alta a la que se conecta el divisor y tiene una impedancia de salida muy baja que impulsa el ADC.
Las resistencias más altas también reducen el consumo de energía y el calor. El uso de resistencias más altas sin un buffer también reducirá la velocidad a la que su ADC puede muestrear y aún así la lectura tiene sentido, ya que ralentiza la carga del condensador de muestreo del ADC. No siempre se necesita un buffer, pero a menudo es una buena idea.
Si no utilizas un op-amp con entrada y salida rail-to-rail, tendrás que dividir la tensión más de lo necesario y no podrás aprovechar al máximo el rango de entrada de tu ADC.
El amplificador óptico puede ser de 5V, ya que el divisor resistivo, si se dimensiona adecuadamente para reducir 10V, nunca permitirá que entre nada por encima de 5V en el amplificador óptico, a menos que la propia fuente de 10V sea superior a 10V.
( Fuente de la imagen: Figura 2, Analog Mathematics - Mayo 2009, Nuts and Volts Magazine )
Puedes hacer un divisor de voltaje (ver por ejemplo Wikipedia: Divisor de tensión
Asegúrate de que R1 y R2 sean iguales, de modo que en lugar de 10 V máx., obtengas la mitad (5 V máx.).
Conecta Vout a un pin analógico del Arduino y utiliza analogRead para leer la tensión (0-5V).
Hay que asegurarse de que las resistencias puedan soportar la corriente.
Un buen valor de resistencia para empezar sería 10k. Esto le da 0,5mA de corriente a través del divisor. Dependiendo de otros requisitos/circunstancias (por ejemplo, la interferencia, la precisión de la medición, el tiempo de funcionamiento de la batería, la resistencia de entrada/salida) se debe elegir un valor más bajo o más alto.
No has mencionado si el voltaje tiene una tierra común o un carril de 0V. Si lo tiene, entonces un divisor funcionará bien. Si no, podrías acoplar magnéticamente la muestra utilizando un inversor. Si es CA, entonces tendrás que transformarla si necesitas aislamiento, o acoplarla en CA y luego convertirla en CC. La cuestión no es tan sencilla como parece.
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Utiliza una de las ideas presentadas en las respuestas siguientes para medir la tensión entre la tierra y el colector de Q1
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@jsotola Estás explicando todo el sentido de Stack Exchange. "Utilizar una de las ideas presentadas en las respuestas". ¿Hay algo que se me escapa?