題:
如何使用ADC測量負電壓？
Kevin Boyd
2010-06-20 13:58:40 UTC
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我正在使用帶有內置10位ADC的PIC微控制器，希望測量-1至-3V的電壓。
我想到了在反相模式下使用運算放大器產生電壓的方法。正極，然後將其饋送到微控制器的ADC，但是在這裡，我必須使用負電源為運算放大器供電，對嗎？我現在不想使用負電源，並且想知道是否有可能實現這種配置？你能幫忙嗎？

我正在測量的-1至-3V是我要監視的LM337的輸出。
相關內容：[使用圖片測量-20V至+ 20V電壓]（http://electronics.stackexchange.com/questions/15940/measure-voltage-with-pic）
我沒有足夠的細節來完善答案，但是，如果您的PIC具有VREF-（負參考電壓）引腳，那麼您可以通過創造性地使用參考電壓而無需額外的逆變器直接進行此操作。
七 答案:
Kortuk
2010-06-20 22:50:55 UTC
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反相放大器不需要負軌即可使電壓反相。

gschem

嘗試將您的電源軌視為什麼提供您的輸出。如果看電路，所有運算放大器引腳都連接到0V或更高的電壓。當您輸入-1到-3的範圍時，它將在輸出上顯示為與1到3完全相反的範圍。這也給您提供了一些緩衝的優點，因為您引腳的輸入阻抗不會對這個電路產生很大的影響（只要R in sub> || R f sub>大）。

我同意一個簡單的電阻分壓器就可以完成這項工作-只是讓您知道它也可以工作。

+1-如果您沒有ADC接受負輸入，這是正確的方法。
哇！，這太棒了！！，是否有一些數據手冊需要說明，即輸入的負電壓應該比為運算放大器的負電壓軌供電的電壓電平低得多？
不，運算放大器的滑軌是輸出的界限。軌到軌運算放大器將非常接近邊界。您可以並且已經花了很多時間設計運算放大器。沒有完美的運放，但針對特定情況通常有完美的運放。
關於這一點，在這種配置下，如果輸入超過-Vcc，則輸出將達到Vcc軌。某些運算放大器的電壓不會在一個伏特或更高的電壓範圍內，某些運算放大器的電壓會在50mV的範圍內。如果獲得較大的輸入信號，則將其除以較大的量；如果具有-1至-10 V信號，則將其除以2，即可解決問題。
@Kortuk-從來沒有一個完美的運放可用於任何情況。但是，在考慮價格的情況下，對於每個項目，在可用的選擇中都有最好的運算放大器。
@Fake名稱，我認為這是通信錯誤的情況。如果它滿足您的需求並且價格合理，那麼您將擁有完美的運算放大器。那將是我的措辭，但我理解您的意思。我接受限制並使用完美，因為我很積極。 <3
@Kortuk-我正在上學。鑑於我們生活在現實中，完美絕不可能。它只能被期望。
@Fake名稱，完善的定義之一就是滿足所有要求。如果每個人都能得到他們需要的東西，那麼您將獲得一個“完美”的解決方案。
@Kortuk-哇。顯然我的要求更加嚴格。我從沒有滿足我所有要求的任何東西，僅能滿足我的要求。
哈哈。我會接受的。我的想法是，如果客戶滿意並且系統是可維護的，那麼它就是完美的。
我認為這已經足夠好了。
我不知道@Kortuk，但是似乎由於某種原因使該方案陷入混亂，或者是我的瀏覽器；我看不到它。
@Kevin:我認為您所缺少的（並且這個答案並沒有真正解釋）是運算放大器的輸入引腳將保持為零，因此不會超出允許範圍。 Rin和Rf兩端都有一個壓降，因此運放看不到Vin。
@BenVoigt,是的，我知道我已經說過了，但是沒有花時間去解釋。對於那個很抱歉。
但是，當輸入電壓低於負電壓軌時會發生什麼？
-1
Wim
2010-06-20 14:21:58 UTC
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您可以使用分壓器，其一端懸垂在正電源軌上。假設您有一個帶有相等電阻器和5V電源的電源，那麼在-1至-3V的範圍內，這將導致+ 2V至+ 1V的電壓。

  + 5V + | R | +-OUT | R | IN-+
這將需要IN端子吸收（5-Vin）/（2R）的電流，因此您必須選擇足夠大的R，以免因不想要的電流而壓倒輸入。那麼，您的ADC輸入將需要比R值至少多一個數量級的輸入阻抗，以免給分壓器網絡造成不適當的負載。所有這些可能（也可能不是）是可能的。到數據表！
-1：最好使用精密電阻和5V的精密基準。
+1是最便宜的最簡單方法。但是正如Jason S所說，如果這很重要的話，就需要付出努力。
正軌上的任何噪聲都會出現在ADC中。
DarenW
2010-10-19 08:49:48 UTC
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分壓器的想法很好，很便宜，但給您的是要測量的電壓變化的問題將被視為ADC輸入變化的1/2。如果需要精確測量，則解決方案是使用一個齊納二極管作為分壓器的下半部分。如果被測物可以承受流失很小的電流，則將非常有用。齊納二極管的反向擊穿電壓並非絕對平坦，尤其是對於非常小的電流，因此請不要使R1太大。

現在來看一下這個stackexchange網站是否允許我添加圖像...

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在QUCS中模擬
Leon Heller
2010-06-20 19:15:50 UTC
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這是這種轉換的標準電路。我進行了仿真，以向某人證明它可以工作，因此證明了SPICE原理圖。您需要選擇合適的電阻值，只要它們是2R，2R和R即可。

DarenW
2010-10-16 01:38:19 UTC
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我現在正在（非電子領域）工作，沒有便攜式電子產品或書籍，因此這只是一個粗略的主意。也許其他人可以填寫詳細信息...

使用一對掛在Vcc導軌上的PNP晶體管嘗試電流鏡。通過適當的電阻將負電壓信號饋送到反射鏡的輸入側。然後，相同的電流應流過反射鏡的輸出晶體管。使用精心選擇的電阻，您可以在0V至Vcc的範圍內創建電壓範圍。

編輯-新增：這是當前的鏡像示意圖。無論電流流過晶體管T1，T2都會嘗試使相同的電流流過。相對於我隨機選擇的15v電源，要測量的負電壓會產生一些流過R1的電流（在仿真中以“輸入電流”測量）。如果R2與R1相同，則在允許的情況下，您會在其上找到相同的電壓。但是它連接到0V（gnd）-我們的電路完全基於正電源。除非我們使R2變小（例如R1的1/2），否則它將不起作用，那麼它兩端的電壓將是R1兩端電壓的1/2。測量一下，做數學（嗚嗚，用2乘以！），就可以了。原理圖具有不同的值，不同的ratio alt text，但是我認為我們所有人都可以解決這個問題。

與簡單的分壓器相比，它的優勢在於：1）它看起來更複雜； 2）這是模擬IC設計中的常見技巧。自從我用齊納二極管寫了另一個答案以來，我現在不知道為什麼這樣做會更好，但是它是分壓器的替代選擇，並且可能允許獲得不同範圍的電壓或其他電壓。現在我讓其他人評論這個想法的智慧或愚蠢... alt text alt text

我無法理解您的意思，指向原理圖的鏈接會有所幫助。
好的，我現在有時間...考慮到這一點，我不確定為什麼它比一些簡單的電路要好，除非詳細的設計可能在數值上更好。原理圖將很快附上。
我意識到了一個老問題，但是...該電路依賴於兩個晶體管的基極-發射極電壓與集電極電流曲線相同，因此，相同的電流流過兩個晶體管的集電極。在IC中，可以使晶體管匹配得很好（並且處於相同溫度），但對於兩個分立晶體管則不能，這是一個很好的假設。通過將匹配電阻與發射極串聯，可使電路對該問題的敏感度降低。
dpdt
2016-04-08 02:50:23 UTC
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您甚至可能不需要運算放大器。某些ADC（例如MCP3304，請參見數據表： http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf具有內置的差分模式，其中ADC返回兩個通道，可以是負數。如果將一個通道接地，則稱為ADC，可以在另一通道上接受一個負輸入電壓，然後將其轉換為負數，而無需一個負數。

當然，這僅在您的ADC支持這種情況時才適用。許多根本沒有差模。

您是否檢查了此部分的數據表？在絕對最大額定值部分的表格中：“所有輸入和輸出均帶有VSS ............... -0.3V至VDD + 0.3V”，這意味著您不能有負數輸入或任何其他引腳上的電壓。為什麼？因為輸入保護二極管會導通並防止零件燒毀。這沒有回答問題，問題是我如何測量負電壓？您不能用此部件測量負電壓。
Nisse
2013-08-16 06:56:57 UTC
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我認為已經有了很好的答案，但是我想發布另一種方法，我正在用自己做基本相同的事情。

您可以使用儀表運算放大器（例如LT1167）嗎？您是否需要負軌，但這不會帶來更高的準確性嗎？還有一個更好的放大電壓的方法，只需添加一個電阻即可。

添加負電壓軌與添加minmax MCW03-05D05之類的東西一樣容易。

問題一使用電阻器的困難在於很難找到相同的電阻器，這會給您帶來必須糾正的錯誤。

這是做一些簡單事情的昂貴方法。
是的，但我想這取決於一個人想要多高的準確性
您自己說過，電阻是錯誤的主要根源。使用更昂貴的零件，以及需要添加某種負軌，並不能解決該問題。使用精度更高的電阻更有意義。
好吧，如果不需要放大，就不需要任何電阻。.這只是另一種實現方式，我並不是說這是針對任何應用的正確方法，但是在某些情況下，它可能是最好放棄不使用負電源的情況。


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