Hỏi về ADC đo điện thế hàng mV

[chipmickey]

mình đang làm thử nghiệm đo điện thế hàng mV hiển thị lên LCD, nhưng chỉ hiển thị được đến hàng 1V là cùng, khi điện thế xuống thấp khoảng vài chục mV thì không thể nhận dạng được, có cao thủ nào từng làm vấn đề này xin cho ý kiến. sơ đồ test trên proteus

[depvini]

Góp ý với bác là nên xác định dải đo điện áp nằm trong khoảng nào, rồi chọn một mạch nhân bằng opam để khuếch đại tín hiệu đó lên. Nhưng nên nhớ là ADC của các dòng MCU 8bit chỉ 10bit là cùng mà 10bit thì chỉ hiểu phần nguyên còn phần lẻ (nhỏ hơn 0) thì MCU không hiểu đâu. Hệ số khuếch đại càng lớn thì sai số càng tăng nhé.

[duong_act]

Vẫn đo được hết. Dùng Opamp khuếch đại lên đưa vào ADC 10 bit đo bình thường.

[chipmickey]

Góp ý với bác là nên xác định dải đo điện áp nằm trong khoảng nào, rồi chọn một mạch nhân bằng opam để khuếch đại tín hiệu đó lên. Nhưng nên nhớ là ADC của các dòng MCU 8bit chỉ 10bit là cùng mà 10bit thì chỉ hiểu phần nguyên còn phần lẻ (nhỏ hơn 0) thì MCU không hiểu đâu. Hệ số khuếch đại càng lớn thì sai số càng tăng nhé.

Hình như nhỏ hơn 1 thì phải chứ ko phải nhỏ hơn 0. Còn phần dùng opamp để khuếch đại thì mình ko biết có con nào có thể khueechs đaị tín hiệu nhỏ thế ko? Xin hướng dẫn tiếp.

[Acxen_lupine]

Hình như nhỏ hơn 1 thì phải chứ ko phải nhỏ hơn 0. Còn phần dùng opamp để khuếch đại thì mình ko biết có con nào có thể khueechs đaị tín hiệu nhỏ thế ko? Xin hướng dẫn tiếp.

0. Biên độ tín hiệu nhỏ hay lớn không quan trọng. Quan trọng là năng lượng của tín hiệu đó có bị mạch đo của bạn làm suy hao hay không.
Cần phân biệt tín hiệu nhỏ có năng lượng nhỏ, ví dụ: điện tim, điện não...
Và tín hiệu nhỏ nhưng có năng lượng lớn, ví dụ: Điện áp rơi trên một điện trở shunt đo dòng (chẳng hạn một điện trở shunt 350 micro-Ohm, khi cho 10A chạy qua nó thì điện áp rơi chỉ khảng 3.5mV, nhưng năng lượng của nó rất lớn, để làm nó suy hao 10% bạn phải "ăn" vào mạch đo cỡ 1A thì mới đủ).
Nếu coi tín hiệu đo là một nguồn áp thì năng lượng của tín hiệu liên quan mật thiết với trở kháng ra của nguồn (hay còn gọi là điện trở trong của nguồn - nội trở của nguồn cũng là nó). Điều đó quyết định việc tính toán trở kháng vào của mạch khuếch đại (chuyển đổi chuẩn hóa), hay việc nối tầng giữa các khâu biến đổi. Dựa trên nguyên tắc: Trở kháng vào của khâu sau càng lớn hơn trở kháng ra của khâu trước càng tốt.

1. Về trở kháng của mạch đo:
Không biết tín hiệu của bạn "mọc" ở đâu ra nhưng theo kinh nghiệm thiết kế:
Ngay đầu vào mạch khuếch đại nên dùng mạch khuếch đại thuận (sẽ tận dụng được trở kháng vào của IC khuếch đại thuật toán - thường là vài Giga ôm).
Tốt hơn nữa, nên dùng khếch đại vi sai, nó sẽ đảm bảo hơn cho việc không làm thất thoát (tổn hao) năng lượng trong tín hiệu đo ban đầu, cũng như ngăn cản các nguồn năng lượng khác gây nhiễu tới tín hiệu đo của bạn.

2. Về hệ số khuếch đại của mạch:
Bạn có thể tạo ra hệ số khếch đại hàng tỉ lần mà vẫn đo được chính xác tín hiệu ban đầu, miễn sao tín hiệu đầu ra đừng vượt quá dải cho phép (chính là mấy cái +/-Vcc của IC).
Tuy nhiên, một IC khuếch đại rẻ tiền (dạng như 741 hay OP07...) đừng nên thiết kế để khâu khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn quá (lớn hơn 100 lần) sẽ gây ra điện áp offset lớn ở đầu ra. Nên chia thành nhiều khâu khuếch đại nối tiếp: K=k1*k2*k3...

3. Về bài toán của bạn, với tín hiệu cỡ vài mV: Nếu thiết kế tốt bạn hoàn toàn có thể dùng các IC khuếch đại thuật toán thông thường (741, OP07, LM324...) để ... ĐO, không vấn đề gì.

4. Tản mạn một chút:
- Vật lý cấp 2, cấp 3 cũng đã dạy về Vol-kế, Ampe-kế... và thường thì người ta sẽ coi điện trở của vol-kế là vô cùng lớn, của ampe-kế là vô cùng nhỏ. Ấy là ngụ ý: Khi anh cắm một cái gì đó để quan sát một cái gì đó .... thì đừng làm thay đổi cái "ban đầu" vốn có của nó.
- Trong chương trình thế giới động vật, ta thấy các nhà nghiên cứu hạn chế việc xuất hiện trong đời sống của các loài vật, các máy quay được đặt ở vị trí kín đáo và được ngụy trang cẩn thận. Không phải là sợ bị hỏng không có tiền mua cái mới ... mà là sợ "bọn chúng xấu hổ" mất tự nhiên... lại không dám "ấy".
- Trong chuyện "Gái - Trai", khi yêu, không nên vào bếp, chỉ nên quanh quẩn ở phòng khách... có thể vào buồng... nếu muốn. Nhưng khi muốn cưới làm vợ, nhất định phải vào bếp kiểm tra kỹ lưỡng. Đơn giản phòng khách là nơi có nhiều sự bài trí giả tạo, còn phòng bếp thì không mấy khi được "những cô gái đoảng" quan tâm, sẽ là chỗ phản ánh chân thực nhất về người chủ của nó...

Chốt, chúc bạn đo được những tín hiệu cỡ vài micro-Volt!

p/s:Đọc qua chủ đề thì nghĩ vấn đề của chủ thớt nằm ở khâu khuếch đại. Nhưng đọc kỹ, hình như không phải.... Có thể nó liên quan đến Ngưỡng nhạy, Mức lượng tử của ADC. Nếu được quan tâm, xin trình bày tiếp ở bài sau... Bây giờ "anh Ngủ" đến rồi phải đi thôi...!!!

[depvini]

0. Biên độ tín hiệu nhỏ hay lớn không quan trọng. Quan trọng là năng lượng của tín hiệu đó có bị mạch đo của bạn làm suy hao hay không.
Cần phân biệt tín hiệu nhỏ có năng lượng nhỏ, ví dụ: điện tim, điện não...
Và tín hiệu nhỏ nhưng có năng lượng lớn, ví dụ: Điện áp rơi trên một điện trở shunt đo dòng (chẳng hạn một điện trở shunt 350 micro-Ohm, khi cho 10A chạy qua nó thì điện áp rơi chỉ khảng 3.5mV, nhưng năng lượng của nó rất lớn, để làm nó suy hao 10% bạn phải "ăn" vào mạch đo cỡ 1A thì mới đủ).
Nếu coi tín hiệu đo là một nguồn áp thì năng lượng của tín hiệu liên quan mật thiết với trở kháng ra của nguồn (hay còn gọi là điện trở trong của nguồn - nội trở của nguồn cũng là nó). Điều đó quyết định việc tính toán trở kháng vào của mạch khuếch đại (chuyển đổi chuẩn hóa), hay việc nối tầng giữa các khâu biến đổi. Dựa trên nguyên tắc: Trở kháng vào của khâu sau càng lớn hơn trở kháng ra của khâu trước càng tốt.

1. Về trở kháng của mạch đo:
Không biết tín hiệu của bạn "mọc" ở đâu ra nhưng theo kinh nghiệm thiết kế:
Ngay đầu vào mạch khuếch đại nên dùng mạch khuếch đại thuận (sẽ tận dụng được trở kháng vào của IC khuếch đại thuật toán - thường là vài Giga ôm).
Tốt hơn nữa, nên dùng khếch đại vi sai, nó sẽ đảm bảo hơn cho việc không làm thất thoát (tổn hao) năng lượng trong tín hiệu đo ban đầu, cũng như ngăn cản các nguồn năng lượng khác gây nhiễu tới tín hiệu đo của bạn.

2. Về hệ số khuếch đại của mạch:
Bạn có thể tạo ra hệ số khếch đại hàng tỉ lần mà vẫn đo được chính xác tín hiệu ban đầu, miễn sao tín hiệu đầu ra đừng vượt quá dải cho phép (chính là mấy cái +/-Vcc của IC).
Tuy nhiên, một IC khuếch đại rẻ tiền (dạng như 741 hay OP07...) đừng nên thiết kế để khâu khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn quá (lớn hơn 100 lần) sẽ gây ra điện áp offset lớn ở đầu ra. Nên chia thành nhiều khâu khuếch đại nối tiếp: K=k1*k2*k3...

3. Về bài toán của bạn, với tín hiệu cỡ vài mV: Nếu thiết kế tốt bạn hoàn toàn có thể dùng các IC khuếch đại thuật toán thông thường (741, OP07, LM324...) để ... ĐO, không vấn đề gì.

4. Tản mạn một chút:
- Vật lý cấp 2, cấp 3 cũng đã dạy về Vol-kế, Ampe-kế... và thường thì người ta sẽ coi điện trở của vol-kế là vô cùng lớn, của ampe-kế là vô cùng nhỏ. Ấy là ngụ ý: Khi anh cắm một cái gì đó để quan sát một cái gì đó .... thì đừng làm thay đổi cái "ban đầu" vốn có của nó.
- Trong chương trình thế giới động vật, ta thấy các nhà nghiên cứu hạn chế việc xuất hiện trong đời sống của các loài vật, các máy quay được đặt ở vị trí kín đáo và được ngụy trang cẩn thận. Không phải là sợ bị hỏng không có tiền mua cái mới ... mà là sợ "bọn chúng xấu hổ" mất tự nhiên... lại không dám "ấy".
- Trong chuyện "Gái - Trai", khi yêu, không nên vào bếp, chỉ nên quanh quẩn ở phòng khách... có thể vào buồng... nếu muốn. Nhưng khi muốn cưới làm vợ, nhất định phải vào bếp kiểm tra kỹ lưỡng. Đơn giản phòng khách là nơi có nhiều sự bài trí giả tạo, còn phòng bếp thì không mấy khi được "những cô gái đoảng" quan tâm, sẽ là chỗ phản ánh chân thực nhất về người chủ của nó...

Chốt, chúc bạn đo được những tín hiệu cỡ vài micro-Volt!

p/s:Đọc qua chủ đề thì nghĩ vấn đề của chủ thớt nằm ở khâu khuếch đại. Nhưng đọc kỹ, hình như không phải.... Có thể nó liên quan đến Ngưỡng nhạy, Mức lượng tử của ADC. Nếu được quan tâm, xin trình bày tiếp ở bài sau... Bây giờ "anh Ngủ" đến rồi phải đi thôi...!!!

Hi Acxen_lupine, cảm ơn bác vì những chia sẽ rất bổ ích.
Thực ra mạch khuyệch đại của bác thớt ở đây cũng không cần có hệ số khuyếch đại lớn lắm đâu.
Vd : ADC 10bit , lấy điện áp chuẩn vf+ = 5v, vf- = 0v. Thì ta có : 5v -> 1023 Kết quả trả về là giá trị Max của dãi đo. Vậy nếu dãi đo của bác thớt là (vd thôi vì không rỏ là nhiêu) 1mv đến 1000mv. Thì với giá trị Min của ADC trả về là 1 (1 đơn vị), tương đương 1 => 4.88mv cho là luôn 5mv vì lẻ tẻ không có ý nghĩa mấy. Vậy ta có thể thấy với 5mv vẫn đo được vậy qua mạch khuyếch đại chỉ cần k = 5 thôi là đủ sẽ có được dãi từ 5mv -> 5v . ADC 10bit của avr , pic... thì tất cả đều đo ổn hết.

[chipmickey]

cám ơn bác Acxen_lupine, đọc xong mình hiểu được nhiều điều, nhưng có lẽ mình không đi sâu đến mức đó đâu, mình có một tín hiệu số được điều chế FDM 128 pha, nếu làm mạch dò tìm tín hiệu đó rồi giải điều chế thì mạch ngoài khả năng của mình, nên mình nghĩ đo điện thế một chiều của nó, lấy VOM loại xịn để đo thì thấy nó có điện thế DC khoảng 20mV-50mV nên mình định dùng AVR để đo điện thế nó thôi, mới bắt tay làm nên có nhiều cái chưa rõ. mong bác cho ý kiến thêm phần này.
bác depvini: mình cũng đang làm theo hướng này, nhưng mà đến khoảng 30mV thì không hiểu sao bộ ADC của AVR không chạy nữa, nên mình nghĩ là không được, bác có cao kiến gì, xin chỉ giúp..

[depvini]

cám ơn bác Acxen_lupine, đọc xong mình hiểu được nhiều điều, nhưng có lẽ mình không đi sâu đến mức đó đâu, mình có một tín hiệu số được điều chế FDM 128 pha, nếu làm mạch dò tìm tín hiệu đó rồi giải điều chế thì mạch ngoài khả năng của mình, nên mình nghĩ đo điện thế một chiều của nó, lấy VOM loại xịn để đo thì thấy nó có điện thế DC khoảng 20mV-50mV nên mình định dùng AVR để đo điện thế nó thôi, mới bắt tay làm nên có nhiều cái chưa rõ. mong bác cho ý kiến thêm phần này.
bác depvini: mình cũng đang làm theo hướng này, nhưng mà đến khoảng 30mV thì không hiểu sao bộ ADC của AVR không chạy nữa, nên mình nghĩ là không được, bác có cao kiến gì, xin chỉ giúp..

Hi , thế không được là không được thế nào . Bác dùng con opam nào khuyếch đại. lúc không đo được nữa hiện tượng ra sao. Có dùng VOM số đo xem có giá trị không.

[queduong]

Nghe mấy anh cứ ốp pa ốp pa 741, cái gì cũng làm được tuốt thì không bao giờ sài được đâu.

Ở đây mới nói đến vấn đề điện áp , còn chưa xét về mặt cường độ, độ driff , ngoài ra còn vấn đề xung quanh nhiệt độ , độ ồn, ổn định điện áp chất lượng bộ ADC trong các chip.

Hãy lấy bài học cân định lượng ở các thiết bị cân thư , cân vàng làm bài học . Trước đây đã có nhiều trường hợp " tôi làm được - liên hệ với tôi " sau đó ... chạy mất cả guốc rồi bái chào ... ra đi cùng tiền và đồ nghề mà không thấy quay mặt trở lại đây !

--- Với sự phát triển của công nghệ Ở mức tín hiệu nhỏ cần những bộ hay linh kiện chăm sóc đặc biệt nó mới OK . Hãy để ý mấy loại Rail to Rail precision OPAMP, low noise ... giá của chúng khá đắt ( chứ không phải sài mấy con OP , 741 , 432 gì đó ...), tìm hiểu thêm bộ ADC 12bit bên ngoài nếu cần thêm sự chính xác ... còn không nếu giản dị dùng AVR ( nên chuyển dùng PIC thì tốt hơn khoản ADC với ref+ - và độ trôi nhiệt nhỏ Ngoài ra bạn phải làm cái nguồn rất tốt ( điện áp ref tốt thì mới hòng đo được ).

--- Người ta sản xuất ra linh kiện chuyên dụng thì cũng chỉ sài ở những việc kỹ thuật đo đạc thế này mà thôi ( cứ ai sài hàng phổ thông , hàng chợ ... làm xong chán quá có khi quẳng vô sọt ! )


Vài chục mili vôn là rất lớn rồi ( tuy nhiên không phải ai cũng có phương án và có lựa chọn để làm được tốt ) ... còn kỹ thuật đo ( Mình có thời gian làm sản xuất và sửa chữa calib thiết bị đo kiểm ) có nhiều cái nó đó mức dưới cả 1uV vẫn đo được !

[Acxen_lupine]

Nghe mấy anh cứ ốp pa ốp pa 741, cái gì cũng làm được tuốt thì không bao giờ sài được đâu.

... còn kỹ thuật đo ( Mình có thời gian làm sản xuất và sửa chữa calib thiết bị đo kiểm ) có nhiều cái nó đó mức dưới cả 1uV vẫn đo được !

Với bài toán phân giải cỡ 1 đến vài mV trở lên, thì ốp pa ốp pa ... mười nghìn trở xuống ... vẫn sài được, không vấn đề gì... Tấc nhiên, dù độ phân giải vài trăm mV trở lên mà thiết kế không tốt thì kết quả vẫn cứ nhảy tênh tênh hoặc độ nhạy của TBĐ giảm...

Vấn đề của chủ thớt có lẽ chỉ là sai sót đâu đó thôi, hoặc mô tả chưa kỹ... cũng chưa phải là do Vref..
Nói chung không cần phải nghĩ đến việc móc USD để xử lý mấy vấn đề này... Vài chục k-VNĐ là được.