Divisor con offset: adaptador de nivel de bipolar a unipolar
Tres resistencias y una referencia escalan y desplazan una señal bipolar al rango de un ADC: por ejemplo, de −10…+10 V a 0.2…4.8 V. Indica los dos rangos y la referencia, y obtén las relaciones ideales, las mejores resistencias estándar, el voltaje que leerás de verdad en los dos extremos y la corriente de cada resistencia.
Las corrientes se cuentan hacia el nodo: positiva entra en él, negativa sale de él. Suman cero porque el seguidor no consume nada.
Mejores pares estándar
R1, R2 y R3 estándar para las relaciones ideales, con el menor error de la peor relación primero. Haz clic en una fila para llevarla al dibujo y a las cifras de abajo.
La fórmula
Vout = (Vin / R1 + Vref / R3) / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) = a·Vin + b a = ΔVout / ΔVin, b = Vout,mín − a·Vin,mín R1 / R2 = (1 − a − b / Vref) / a, R1 / R3 = b / (a·Vref), Vref mínima = b / (1 − a)
Cuándo usarla
Úsalo cuando una señal oscila a los dos lados de tierra (±10 V, ±5 V, ±12 V) y el ADC solo admite de 0 a Vref o de 0 a su alimentación. R1 desde la entrada y R3 desde una referencia fijan la ganancia y el offset; R2 a tierra baja el nodo; un seguidor (un buffer con op-amp) alimenta entonces el ADC sin cargar la red. No necesita alimentación negativa para el divisor, solo una referencia estable al menos tan grande como el límite que se muestra, y las relaciones que pide salen como dos números que puedes pasar al buscador de relaciones de resistencias.
Trampas comunes
- La tolerancia de las resistencias fija la precisión de ganancia y offset. La red es una relación, así que piezas emparejadas o al 0.1 % evitan que el rango y el offset se desvíen; dos piezas sueltas al 1 % pueden mover los extremos decenas de milivoltios con 5 V.
- La referencia escala el offset directamente: un error del 0.1 % en Vref mueve el offset un 0.1 % de b (b es el offset, 2.5 V en el ejemplo, así que unos 2.5 mV). Usa la misma referencia que el ADC cuando puedas, para que el offset la siga, y fíltrala para que el ruido no entre por R3.
- El seguidor debe funcionar con los voltajes que da la red. Su rango de entrada y su excursión de salida tienen que cubrir de Vout mín a Vout máx, y su corriente de polarización pasa por la impedancia de fuente indicada (R1 ∥ R2 ∥ R3) como offset; elige un op-amp rail-to-rail de baja polarización.
- Protege el ADC. Si Vin puede salirse de su rango — una falla, un cable cambiado — el seguidor puede llevar el pin fuera de sus límites. Añade una resistencia en serie y diodos de sujeción, o un op-amp alimentado desde el riel del ADC, para que el pin quede entre 0 y Vref.
- La referencia debe entregar o absorber la corriente de R3 (mira las corrientes de arriba) y mantenerse estable mientras lo hace; un simple divisor resistivo no es una referencia.
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