Úvodní díl s názvem Senzory, snímače a čidla v praxi – 1. díl byl ve znamení
- popisu signálového řetězce a
- přehledu toho, co vše se dá běžně snímat a jakým způsobem.
Druhé pokračování pak přineslo základní přehled sedmi významných polovodičových struktur v signálovém řetězci, režírovaném z Microchipu. Jednalo se o
- operační zesilovače (Operational Amplifiers, Op Amps),
- komparátory (Comparators),
- zesilovače s nastavitelným ziskem (Programmable Gain Amplifier, PGA),
- A/D převodníky (Analog-to-Digital Converters, ADC),
- napěťové reference (Voltage References),
- digitální potenciometry (Digital Potentiometers) a
- D/A převodníky (Digital-to-Analog Converters, DAC).
Dnes se zaměříme na
- místní senzory (Local Sensors) a
- vzdálená čidla (Remote Sensors).
Místní senzory (Local Sensors)
Lokální snímání
Čidla jsou v těchto případech umístěna relativně blízko svých obvodů pro zpracování a vyhodnocení signálu a proto nás nebude tolik trápit otázka rušení nebo šumů. Nepřekvapí tedy, že většina použitých snímačů umožňuje jednoduché připojení typu single – ended, tj. nerozdílově. Pro zesílení většiny výstupních signálů z těchto místních senzorů lze s výhodou použít neinvertující zapojení zesilovače, protože vykazuje vysokou vstupní impedanci při zachování minimálního počtu diskrétních součástek okolo.
Základní požadavky, kladené na zesilovače
- Nízká cena
- Univerzální operační zesilovače (General Purpose Op Amps)
- Vysoká přesnost
- Zesilovače s malým offsetem (Low Offset Op Amps)
- Struktury s téměř nulovým driftem (Auto-zeroed Op Amps)
- Nízkošumové zesilovače (Low Noise Op Amps)
- Vstupy a výstupy typu Rail-to-Rail
- Většina rodin operačních zesilovačů
- Vysoká vstupní impedance
- Téměř všechny rodiny operačních zesilovačů
- Nízkopříkonová a přenosná zařízení
- Nízkopříkonové operační zesilovače (Low Power Op Amps)
- Velká šířka pásma (Bandwidth) včetně rychlosti přeběhu (Slew Rate)
- Vysokorychlostní obvody (High Speed Op Amps)
- Vysoká zatížitelnost
- Struktury s posílením výstupního proudu (High Output Drive Op Amps)
Klasické zapojení zesilovací struktury
Senzory a jejich aplikace
- Jednoduché senzory
- Termistory pro nabíječky, teplotní ochrany napájecích zdrojů nebo domácí termostaty
- Senzory vlhkosti pro řízení procesů
- Pyroelektrické detektory narušení chráněného prostoru (PIR), detekce pohybu, otevírání garážových vrat
- Požární čidla pro domácnosti a kanceláře s detekcí kouře nebo plamene
- Nábojový zesilovač pro piezoelektrické snímače
- Snímače polohy nebo otáčení (LVDT) pro průmyslové aplikace
- Detektory založené na Hallově jevu pro snímání otáček motoru nebo otevírání dveří
- Fotoelektrická čidla, pracující v infračervené oblasti
- Fotoelektrické detektory pohybu, detektory plamene, poplachové systémy při narušení prostoru
- Vícenásobné místní senzory
- Měření teploty na více místech desky plošného spoje
- Snímače, vyžadující teplotní korekce
- Meteorologické stanice (teplota, tlak, vlhkost, příp. detekce světla)
Zapojení pro kapacitní vyhodnocení vlhkosti (PIC16F690DM-PCTLHS)
Vzdálená čidla (Remote Sensors)
Dálkové snímání
Všechny snímače, umístěné v prostředí s vysokým rušením, by měly být považovány za dálkové. To samé bude dále platit i o snímačích, které z nejrůznějších důvodů „nezakotvily“ na stejné desce plošného spoje jako obvody, pro zpracování jejich výstupního signálu. V aplikacích s dálkovým snímáním se běžně používají rozdílové nebo přístrojové zesilovače.
Rozdílový zesilovač
Základní požadavky, kladené na zesilovače
- Rozdílový vstup
- Velké CMR
- Malé Vos
Vysoká přesnost
- Zesilovače s malým offsetem (Low Offset Op Amps)
- Struktury s téměř nulovým driftem (Auto-zeroed Op Amps)
- Nízkošumové zesilovače (Low Noise Op Amps)
Senzory a jejich aplikace
- Vysokoteplotní senzory
- Termočlánky pro elektrické sporáky a motory; řízení procesů
- RTD pro el. trouby; řízení procesů
- Wheatstoneovy můstky
- Tlakové senzory pro automobilové a průmyslové aplikace
- Tenzometry pro motory
- Proudové monitory typu low – side pro motory a baterie
Příklad referenčního návrhu – MCP6V01 Thermocouple Auto-zeroed Reference Design (MCP6V01RD-TCPL)
Pokračování příště.
Použitá literatura:
Download a odkazy:
- Domovská stránka Microchip: http://www.microchip.com/