В предыдущей части я говорил, что операционный усилитель AD8602AR дорог и избыточен для схемы вольтметра. На замену предлагал более дешевый, но лучший по некоторым параметрам ОУ, более подходящий для данной схемы: AD8629.
Действительно, посредственный по всем другим параметрам, кроме напряжения смещения и температурного дрейфа операционный усилитель с автоустановкой нуля более подходит для точных схем (не для всех). Давать, пусть и самому себе, гипотетические советы - это одно. Сказать-то оно можно, а ты попробуй, сделай — вот это будет ответственный подход.
Заказал AD8629 на пробу. Установим и исследуем важные нюансы работы. Проверим как изменилась точность нашего прибора.
Внимательный читатель наверняка помнит, что вольтметр собран на макетной плате, операционный усилитель установлен на переходник SOIC-8 > DIP-8.
Операционные усилители AD8602AR и AD8629 полностью совместимы по цоколёвке, поэтому никаких проблем заменить один на другой нет. После того как я заменил ОУ и включил вольтметр, сразу обратил внимание, что показания довольно сильно плавают, тогда как со старым операционником ноль стоял как у 20-ти летнего. :) Хм… Опыт подсказывал, что усилитель самовозбуждается. Проверил осциллографом — так и есть. Самозбуждение на частоте 115кГц.
Такое поведение для многих ОУ не является чем-то из ряда вон выходящим. Другой вопрос, когда нет осциллографа, то вычислить такую каку можно только по косвенным признакам, да и то имея богатый опыт. Частое явление, когда усилитель мощности начинает греться на ровном месте. При этом, ток покоя мощных каскадов в норме. Смотришь осциллографом, а там кака на 200кГц. Пока найдешь засранца — семь потов сойдёт. Более интересное явление, когда усилитель сжигает ВЧ динамики в акустических системах. В своё время такой бедой страдали некоторые усилители именитых брендов. Виной тому тоже было самовозбуждение на частотах значительно выше звуковых — мы ничего не слышим, а ВЧ динамики орут на полную. :)
Что-то я отвлёкся.
Поскольку у меня не оригинальные AD8629, а китайские лицензионные от UMV, то для начала решил проверить всю партию — благо перетыкивать в переходнике легко и просто. Вся партия оказалась качественная. Весь десяток, как на подбор, самовозбуждался на частоте 115кГц. Я здесь не шучу и не иронизирую. Такая повторяемость говорит о хорошем качестве — разброс минимален. В общем, опять же по опыту, знаю что заставляет самовозбуждаться операционники в данном включении — супрессор (TVS диод) на входе. Супрессоры обладают довольно большой ёмкостью, а ОУ этого не любят. Удаляю супрессор из схемы, и вуаля! Всё начинает работать как надо.
Поэтому если будете повторять схему с ОУ AD8629 имейте в виду, что при наличии супрессора на входе он может самовозбуждаться. Есть небольшая вероятность, что такое поведение характерно только для схемы, собранной на макетной плате. Такое бывает. Всё-таки паразитная ёмкость на макетке намного выше. Будет разумно при проектировании платы предусмотреть место для супрессора. Если схема после сборки будет самовозбуждаться, то супрессор придётся выпаять. Защита от статики будет возложена на внешние и встроенные в ОУ диоды — будет чутка похуже, но жить будет. Либо оставить AD8602AR. С ним нет никаких проблем даже на макетной плате. А о том как изменяется точность вольтметра при замене ОУ читайте далее.
Вот схема без супрессора, на всякий случай:
Есть еще вариант поискать супрессоры на 5,1В с минимальной ёмкостью, но на мой взгляд, овчинка выделки не стоит. Такие компоненты доступны только под заказ, и ради вольтметра этим заморачиватьтся не стоит.
Ладно, коль всё работает, то надо проверить погрешность нашего вольтметра.
Вот что у меня получилось:
Сразу скажу, что погрешности чутка получше нежели с AD8602AR и супрессором. Но погрешности AD8602AR без супрессора я не снимал. Так что там тоже ситуация может быть получше, но это не точно.
Вот графики для сравнения:
График для AD8629 более гладкий, хотя провал в диапазоне от 0 до 9В тоже есть. Впрочем, можем смело заявить, что погрешность во всём диапазоне измерений не превышает 0.2%. Результат очень неплох. Ради интереса посмотрел погрешность своего китайского мультиметра - заявлено 1% в похожем диапазоне. С более дорогими — понятно, что смысла сравнивать нет, они лучше на порядок.
Работа проделана не бог весть какая, но результаты получены важные:
1. Если будете повторять схему, то обязательно надо иметь в виду, что возможно самовозбуждение операционного усилителя;
2. Причиной самовозбуждения является защитный TVS диод — он же супрессор. Убирая супрессор мы ухудшаем защиту от статики, но вероятно улучшаем точность;
3. Погрешность схемы на ОУ с автоустановкой нуля ниже, но незначительно. Температурная стабильность не оценивалась. Скорее всего лучше;
4. По моему мнению в схеме вольтметра можно использовать любой сдвоеный RRIO прецизионный операционный усилитель с питанием 5В. Естественно, перед тем как покупать или устанавливать надо заглянуть в документацию.
На этом всё. Спасибо если дочитали до конца. Если не дочитали, тоже спасибо.
Предыдущие публикации по теме "Точный вольтметр на Ардуино":