La simple configuración del Op-Amp para el sentido de la corriente tiene un extraño rango de trabajo

Question

Estoy usando un LM358D amplificador dual en este momento y mi objetivo es medir la sobrecorriente en 2 motores. Antes de hacer eso, hice una configuración de prueba para comprobar las ecuaciones y comprobar la señal de salida del amplificador operacional. La ganancia se establece en 100 con resistencias estándar.

simular este circuito - Esquema creado utilizando CircuitLab

Como pueden ver (no importa el nombre del amplificador, se olvidó de cambiarlo), una caída de voltaje entre la resistencia sensora de corriente (algo que implementaré más tarde) es de 0.02V (20mV). El amplificador operacional lo amplifica en 100 en una situación ideal para que pueda leerlo con un STM32.

Sin embargo cuando hago esto en la realidad, el Vout está alrededor de 0,7v y no cambiará hasta que disminuya el 4,98 hasta 4,1v. Cuando llega a ese punto, el Vout cambia dramáticamente cuando lo disminuyo ligeramente y alcanza su máxima salida de 3,9v (Es 3,9v porque conecté la fuente flexible a v- y el VCC del componente) cuando la señal que llega a la V- del amplificador operacional es de 4v o menos.

Mi pregunta es ¿Por qué no amplifica la diferencia entre 5v(v+) y 4,98v (v-), sino que sólo comienza la amplificación en 5v(v+) y 4,10v(v-)?

He comprobado las ecuaciones con un calculadora en línea y usó el simulador del laboratorio de circuitos y debería funcionar normalmente. ¿Qué estoy haciendo mal?

Mi configuración ideal sería:

simular este circuito

ACTUALIZACIÓN 01/09/2018 He aumentado el voltaje del Vcc para el amplificador de operación y gracias a ustedes ahora muestra un comportamiento algo normal. Sin embargo, me encontré con otro problema que es realmente simple, pero no puedo entenderlo. Para saber cuánta corriente toma la carga usamos la ley de Ohm. Así que I = U/R . Medir la caída de voltaje mientras detengo el motor con mi mano mientras le suministro 7V, tendrá una caída de alrededor de 35mV(0,035V). Cuando uso la ecuación, I= U/R = 0,035/1 = 0,035A . Sin embargo, no creo que esto sea realmente correcto, ya que el motor es bastante difícil de sostener con la mano. También tengo una pantalla en mi fuente de alimentación autoconstruida y cuando "cargo" el motor la corriente aumenta a alrededor de 2,2A. Esta podría ser la corriente que la resistencia utiliza. ¿Significa que tengo que saber la corriente primero antes de calcularla?

Entonces, ¿voltios por amperio = 0,035V/2,2A = 0,0159V = 15,9mV por amperio? Lo he buscado y la mayoría no lo explica completamente, sólo el principio de la ley de Ohm.

simular este circuito

Answer 1

Además del problema del modo común, que requiere una fuente de alimentación para el op-amp un par de voltios por encima de la señal, tienes errores en las resistencias y en la tensión de offset del op-map.

La tensión de offset suele ser de +/-3mV y puede llegar a +/-9mV en cualquier dirección. Esto supone un desplazamiento de corriente de +/-0,45 A.

También hay un problema con la tolerancia de las resistencias. Si una resistencia tiene una desviación del 1%, la entrada tendrá que tener una diferencia del 1% de 5V para que se equilibre, no 1% de la diferencia. Eso son 50 mV, o un desfase de corriente de +/-2,5 A.

Esta no es una muy buena manera de medir la corriente si te importa mucho la precisión- puedes conseguir un mejor op-amp pero la sensibilidad a la tolerancia de la resistencia es un asesino. Si se puede mover la resistencia de detección a bajo lado los principales problemas desaparecen, y se podría calibrar el error de desplazamiento **.

** No es tan sencillo, hay que polarizar el circuito para que la salida del amplificador optoelectrónico esté (en el peor de los casos) un poco por encima de tierra, de modo que se garantice que el amplificador optoelectrónico funcione en todas las condiciones. Luego restar ese offset digitalmente. Pero entonces podrías utilizar el op-amp más barato del planeta.

Answer 2

El op-amp se alimenta de 5 voltios y la señal a medir es de 20 mV elevada a una tensión de modo común de 4,99 voltios. El LM358 tiene un rango de modo común de entrada de 0 voltios a Vcc - 1,5 voltios por lo tanto, usted está pidiendo demasiado de este dispositivo. Si elevas la fuente de alimentación (sólo para el op-amp) a más de 6,5 voltios funcionará.

El problema más concreto es que la tensión en la patilla +Vin es el 99% de 5 voltios o 4,95 voltios. Si disminuyes la ganancia aumentando las resistencias de entrada para que la tensión en +Vin sea inferior a 3,5 voltios, entonces empezaría a funcionar.

Si alimentas el amplificador óptico con 24 voltios y la señal está referenciada a 24 voltios, puedes reducir la ganancia de forma que +Vin no supere los 22,5 voltios. Esto haría que las resistencias de entrada fueran de 680 ohmios y tendrías una ganancia frontal de 14,7, pero podrías aplicar una etapa secundaria para obtener la ganancia total que necesitas.