Autor Tema: Ganancia de un Amplificador Operacional  (Leído 9630 veces)

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Desconectado Marioguillote

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Ganancia de un Amplificador Operacional
« en: 12 de Diciembre de 2008, 16:32:04 »
Hola a todos !

Estoy tratando de implementar el siguiente circuito, al cual le ingreso con tensiones de continua que rondan desde los 0 Volt hasta los 2 Volts y pretendo salir con tensiones proporcionales de entre 0 y 5 Volts.


Al circuito lo saqué de éste post de Claudio y realmente funciona bien, pero no tan bien cómo tal vez pretendo, ó mejor dicho, para lo que la aplicación que estoy implementando requiere.

Lo que me sucede es lo siguiente:
Si bien obtengo una respuesta lineal de amplificación, la misma no responde a una multiplicación constante en todo el rango de tensiones de entrada.
Espero hacerme entender en mi Neanderthal básico y para ello he preparado una gráfica para que puedan apreciar mejor el problema que intento solucionar.

Parto de un 16F88 configurado con AN0 y AN1 como entradas analógicas, AN3 como Vref con el LM336_2,5V (Tal cómo el gráfico de Claudio) y el resto del puerto A, I/O digital (ANSEL = 00000011 y ADCON1 = 10100000)
En AN0 tengo un potenciómetro con el cual leo una tensión que también vá de 0 a 2  Volts y la visualizo en un LCD de manera impecable.
Coloco un voltimetro en el punto medio del potenciómetro y la lectura coincide exactamente con el valor leído por el ADC del PIC y mostrado en el LCD.

Sin embargo con AN1 (donde tengo conectado el operacional) no ocurre lo mismo.
El circuito del operacional al ajustarlo (por ejemplo) a una indicación en el LCD de 2 Volt, funciona bien en un rango de unos 200 mV hacia arriba y hacia abajo.
A partir de allí, hacia arriba la amplificación aumenta dándome errores por encima de lo que “debiera” y yo “quisiera” que me mostrase el LCD.
Hacia abajo, el error es que amplifica menos de lo que debiera y obtengo valores menores a los que debo ver.

Esto es:
Si el factor de amplificación es ajustado por el preset a  2,5 con una tensión de entrada de 1 Volt para obtener en salida una tensión de 2,5 Volts sucede lo siguiente:
Ingresando con 0,5 Volts debiera obtener a la salida 0,5 * 2,5 = 1,25 Volts y sin embargo encuentro 0,9 ó 0,8 Volts.
Cuando me voy hacia arriba e ingreso con 1,5 Volts, la cuenta diría 1,5 * 2,5 = 3,75 y sin embargo el ADC me marca 4,3 ó más ….


En la gráfica dibujé en azul la respuesta que deseo obtener y en rojo aparecen curvas de lo que obtengo. Puse varias curvas para que se vea que lo que obtengo varía según el ajuste. Es decir, hay un punto donde la cosa funciona. Donde los valores son correctos; pero cuando bajé un poco ó subí un poco … chau ! todo se fue de lugar.

Probé con LM358 con fuente simple y fuente partida. Probé también con TL 062 y fuente partida. Probé con alimentaciones de 5, 9 y 12 Volts en todos los casos y nunca pude salir del mismo problema.

Intercambié entre AN0 y AN1 en el PIC y el resultado fue el mismo. El potenciómetro es una maravilla y el operacional me está haciendo volver más viejo de lo que soy  :( .

De la calibración hacia arriba se me elevan los valores. De la calibración hacia abajo, los valores se caen.

De qué forma se puede “girar” la curva de amplificación (con eje en el punto de calibración) para obtener una respuesta que en la salida acompañe a la entrada ?

Qué error de concepto estoy cometiendo que no me permite obtener lo que la teoría dice que debo lograr ?
Es inevitable lo que me ocurre y debo compensarlo por software ? (me llevaría una buena parte del espacio de programación …)

Espero se haya entendido la duda. Cualquier cosa ampliamos.

Saludos a todos ! Gracias a quienes me puedan ayudar.

Mario

Desconectado PalitroqueZ

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #1 en: 12 de Diciembre de 2008, 16:39:04 »
saludos Mario

puede ser que diga una burrada, pero ahí va: ¿en que frecuencias estas trabajando? ¿miraste las caracteristicas de linealidad del operacional en la frecuencia que estas trabajando?

La propiedad privada es la mayor garantía de libertad.
Friedrich August von Hayek

Desconectado Marioguillote

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #2 en: 12 de Diciembre de 2008, 16:44:57 »
Hola Pedro !  :)

En DC estoy trabajando.
Contínua pura. No hay alterna.
Había pensado en una configuración de integrador para el operacional (un capacitor en paralelo a la resistencia dentro del lazo de realimentación), para intentar "maquillar" (léase "ecualizar") la curva, pero no estoy trabajando con señales AC.

Gracias por estar siempre Pedro.

Saludos.

Mario

Desconectado Nocturno

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #3 en: 12 de Diciembre de 2008, 16:57:15 »
Parafraseando a Pedro, a lo mejor digo una burrada, pero ¿has probado quitando R50 y C42?. A ver si entre ambos forman una pequeña resistencia que modifique las condiciones del amplificador no-inversor.
Un saludo desde Sevilla, España.
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Desconectado Marioguillote

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #4 en: 12 de Diciembre de 2008, 17:14:21 »
Hola Manolo !

Sí, lo he probado también. Desconectándolo y hasta he variado dichos valores (tanto de R cómo de C) pero con la misma suerte siempre.  :(

Lo peor de todo, es que no son porcentajes pequeños. Tengo en la parte inferior desviaciones de hasta un 100% !!!  :shock:

Es decir, si le ingreso con 0,153V (y amplifico con G=2,5) debiera tener a la salida 0,382V, y sin embargo me dá más de 0,5V, suponiendo que he ajustado el circuito al centro de la escala de tensión de entrada (1V para obtener 2,5V)

Hacia arriba es lo mismo. Un desastre.

Ya estoy mirando con desconfianza al protoboard ....  :z) ....  :D pero es nuevo pobrecito !!!

Gracias por la observación Manolo !

Saludos

Mario

Desconectado Modulay

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #5 en: 12 de Diciembre de 2008, 17:48:07 »
Tiene pinta de ser el offset de entrada.
Quizá te venga mejor un operacional con bajo nivel de offset

Desconectado Marioguillote

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #6 en: 12 de Diciembre de 2008, 18:11:40 »
Hola José !

Había pensado en el offset, pero ése fenómeno no me provocaría un "desplazamiento" de la señal de salida ante una entrada igual a cero ?
Lo que interpreto que sucedería con un AO de más bajo offset, es que la curva de respuesta del amplificador bajaría a niveles cuasi-exactos, pero no se "inclinarían"
El offset tengo entendido que afecta al AO en la posición final que adoptará la curva de amplificación respecto a un determinado nivel de DC.
Es decir, al tener mayor offset, la recta de la gráfica se "movería" hacia arriba ó hacia abajo, pero no lograría la "inclinación" de corrección que necesito.

De todas formas gracias por el dato y voy a probar esta noche con un algún OP07 que tengo por aquí (esos son de bajo offset).
Lástima que ésos AO son fuente partida y yo buscaba simplificar ése tema con un fuente simple, pero si no hay otra opción ....

Gracias por la orientación José !  :)

Saludos.

Mario

Desconectado Javicho

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #7 en: 12 de Diciembre de 2008, 18:23:59 »
Es que cuando usas una fuente doble puedes calibrar mejor el offset a 0. por otro lado una vez me pasó que un circuito simple no me amplificaba bien similar a tu caso y el error fue no colocarle los capacitores de 10uF en sus pines de alimentación del opamp, con ello (y los capacitores lo mas cerca posible de los pines de fuente del opamp) recien cumplió la amplificación en todo su rango sin problemas.

La prueba que deberias hacerla solo al opamp es decir ingresale diferentes voltajes de entrada y en la salida debe amplificar el valor deseado pero aun no le conectes el pic solo haz la prueba co el opamp y el voltaje de entrada y mides con un multimetro, verifica que eso esta bien porque si eso no funciona de nada sirve que le conectes el pic porque tampoco va a trabajar como debiera. Prueba solo los componentes necesarios para que te sea mas facil encontrar la falla.

Por siacaso tambien quitale mejor esa red R-C en la entrada del opamp. Mas parece un caso de falso contacto en el protboard o algo por el estilo.

Javicho.

Desconectado Modulay

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #8 en: 12 de Diciembre de 2008, 18:58:59 »
Mario, puede que estés en lo cierto, pero ahí va mi opinión:

El offset estará presente en la entrada inversora, por lo que para cualquier tensión de entrada (En la entrada no inversora) igual o menor a esa tensión de offset, la salida del opamp será cero.

El opamp trabaja de esta manera:

Vout = A*(Vpos - Vneg)  (Vout >= 0)

Siendo A la ganancia, Vpos la tensión en la entrada no inversora y Vneg la tensión en la entrada inversora.


Por lo que, si no hay offset (Vneg = 0V, cero voltios en la entrada inversora), tienes una respuesta lineal y que parte del origen de coordenadas (trazo azul de la imagen).

Pero si tienes offset (Vneg > 0V):
- La salida será cero si Vpos =< offset (Fragmento horizontal del trazo verde de la imagen)
- La respuesta para Vpos > offset seguirá siendo lineal, pero desplazada (resto del trazo verde)


Desconectado Marioguillote

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #9 en: 12 de Diciembre de 2008, 19:03:17 »
La red RC es a los efectos de obtener un mejor filtrado en la señal de entrada, al manejarse con niveles tan bajos de tensión y que la misma no sea tan suceptible a ruidos externos.
La misma circuitería utiliza Chaly29 (Donde estás amigo ?) en éste post y también utiliza dicha red RC.

Es decir, ya son dos los que la usan y les anda todo bien y a mí no ....  :D
Encima los dos usan LM358 con alimentación simple ...  :8}

El filtrado del OA posee los .1uF y los 22uF de rigor tanto en el caso de la alimentación simple cómo con fuente partida.

La prueba que deberias hacerla solo al opamp es decir ingresale diferentes voltajes de entrada y en la salida debe amplificar el valor deseado pero aun no le conectes el pic solo haz la prueba co el opamp y el voltaje de entrada y mides con un multimetro, verifica que eso esta bien porque si eso no funciona de nada sirve que le conectes el pic porque tampoco va a trabajar como debiera. Prueba solo los componentes necesarios para que te sea mas facil encontrar la falla.

Sí es verdad, ésa fué la forma que tuve de "acorralar" la falla, porque al principio pensé que podía acarrear errores del ADC del PIC, al haber hecho una mala configuración de los registros.

Las pruebas las hago ingresando con una fuente variable la tensión y con tester digitales conectados a la entrada del OA y a la salida del mismo incrementando las mediciones de a 50mV en entrada y tomando nota de cada valor en entrada y  en salida, armando una pequeña tabla de referencia que me corrobora la "inclinación" de la curva de amplificación, a partir del punto de calibración.
No me puse a hacer gráficos en Excel ya que sería una pérdida de tiempo innecesaria, pero si la hiciera (ó hiciese) me darían dibujos cómo los que puse más arriba.

Y respecto al protoboard; es nuevo. Tiene menos de 2 meses y 2 trabajos armados sobre él.
Lo compré porque tuve que ponerme a trabajar en un prototipo mientras estaba haciendo otro en uno más viejito (20 años) (sí niños ... hace 20 años ya existían los protoboards  :D ) ( uuuhhhh ... con éso van a pensar que soy más viejo que Diego ...  :) )
No creo que sea el protoboard. Hace muchos años que uso ése sistema y nunca tuve problemas. No debiera tenerlos ahora con uno nuevo.

Gracias igual por estar Javicho.

Saludos.

Mario.

PD: Tal vez parezca muy tozudo de mi parte que a cada sugerencia les conteste que no; que éso que me indican no puede ser.
Sucede que he hecho muchas pruebas y ensayos antes de postear el problema. Cuando ya mis conocimientos se terminaron, es que acudí a la ayuda de Uds.
Sólo les cuento las pruebas que ya hice. Si hubiese incluído todas la pruebas en el primer post, hubiera sido muy largo y tedioso de leer el mismo.

Saludos again.

Desconectado Marioguillote

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #10 en: 12 de Diciembre de 2008, 19:09:46 »
OK José !

Comprendido al millarón porciento. Ojalá esté por ahí la salida.

Esta misma noche (pronto, en un rato) le calzo un OP07 con ajuste de offset incorporado en el circuito y les cuento los resultados.

Gracias a todos por la ayuda !  :)
Seguimos trabajando !

Mario


Desconectado Javicho

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #11 en: 12 de Diciembre de 2008, 19:31:26 »
Dices que en AN0 tienes un potenciometro y el pic muestra en el LCD lo que debe mostrar, pero en AN1 no pasa lo mismo. Tienes exactamente la misma conexión repetida en ambos canales? que es lo que estas conectando en AN1 un sensor de temperatura como el LM35? Pues tambien he usado de esos y no he tenido problemas, claro se coloca la red RC, tal vez estas leyendo muy rapido y es un problema software.

La inconsistencia del voltaje de salida del opamp es conectando un potenciometro en su entrada y midiendo la salida con un multimetro sin conectarlo al pic? o es un potenciometro lo que estas sensando?

Javicho.

Desconectado Gonzalo_BlackHawk

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #12 en: 12 de Diciembre de 2008, 19:36:56 »
mmm, aplicando el principio de la navaja de Ockham, me parece que el error esta simplemente en el calculo de la ganancia. Tu dices que seteas el preset para que
G= 2,5 pero como vas a hacer eso si es imposible obtener un factor de amplificación con la configuración de resistencias que tienes? Mira:

Para el preset en su máximo valor: G = 1+R2/(R1+PR) = 1 + (22K / (15 + 4,7K)) = 2,12

Para el preset en su valor mínimo: G = 1 + R2/R1 = 1 + (22K/15K) = 2,47

No deberías colocar otros valores de resistencias para obtener así la ganancia correcta y además un rango de regulación adecuado?

Saludos.
"Siempre piensa si el jugo vale la exprimida..."

"La muerte esta tan segura de vencer que nos da toda una vida de ventaja."

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #13 en: 12 de Diciembre de 2008, 21:17:27 »
Hola Mario, una sugerencia que te puedo hacer, en caso de poder solucionar el problema, es variar la ganancia del OA para que la inclinación te quede igual a la deseada aunque esté dezplazada, luego por soft le restas ese valor que será fijo y lineal en todo el rango por tener el mismo factor, ¿se entiende? o me tengo que poner a dibujar??  :D
Las personas con buena ortografía me atraen textualmente.

El Micro Reactor

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Re: Ganancia de un Amplificador Operacional
« Respuesta #14 en: 12 de Diciembre de 2008, 22:35:19 »
Según wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener los diodos zener generan ruido. ¿no será este tu problema?
Jesús dijo, yo soy el CAMINO, la VERDAD y la VIDA, nadie llega al PADRE si no es por mi.


 

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