Arduino如何测量负电压

Arduino如何测量负电压,第1张

使用俩个相同的电阻串联,并将其中一个电阻的两端分别接入arduino的A0接口与GND接口实现电压的测量。

利用变值电阻。在连接电路后,将变值电阻电阻调为0,之后测压端连接被测物,同时被测物连接一个成品电压表,arduino连接电脑,并打开串口监视器。

观察成品电压表数值与串口监视器中传回的V值。反复调节变值电阻,直到两读数基本吻合。多试几组。

ADC(Analog to Digital Converter)是模拟转数字采样器。Arduino的ADC口只能测量直流电,即0.0v ~ REFv(REF ≥ 0.0),但有时我们需要测量-REFv ~ +REFv的交流电,如音频信号,那就变得尴尬了~= ̄ω ̄=

让交流音频信号可被Arduino测量:

在Arduino中对畸变的信号还原:

如下图所示:

共射极放大电路可以为信号添加一个固定的直流偏置电压,使信号完全偏移到正电压上,另外它也可以放大信号的电压,满足Arduino ADC接口的测量标准。

上面的电路为固定偏置共射极放大电路。我们计算的共射极放大电路中使用到的三极管是NPN型三极管,它有三个极:

三极管有两种半导体类型:

三极管的放大倍数:

我们一般计算一个放大电路的参数,会把里面的电流都控制到一个静态的点上去计算,这样可以避开复杂的电流变化带来的计算上的麻烦。而我们输入端有个阻隔直流的电容C,所以信号静止不变时,能够输入放大电路的电压就为0v了,这就引入了静态工作点的参数估算,习惯上也把它称作Q点。

因为输入放大电路的电压为0v,所以这个时候在三极管基极 b (阀门端)上输入的电压就只有电阻R b 上的电压V b 了,此时我们就知道了流入三极管基极 b (阀门端)的电流I b

进而由三极管VT放大后输出的电流I c 为

所以三极管VT输出的电压V ce 为

一般情况下,V cc 和VT的放大倍数β都已经事先确定,所以接下来要确认的是分压电阻R c 和偏置电阻R b 。

电源电流通过偏置电阻R b 流入三极管VT基极 b (阀门端)的电流是 I b = Vcc / R b ,在三极管VT的集电极 c 和发射极 e 之间就会产生一个 β * I b *倍的电流,经过电阻R e 的转换,在电阻R e 两端就会得到一个电压V e ,这就是偏置电压。

偏置电压负责处于正负半周上的信号提高到正半周,使信号在任何时候都不会有电压为负的情况出现。

所以我们调整偏置电阻R b 的目的也就明了了,我们要调整一个足够的偏置电压,使得信号在任何时候都不会有负电压,但也不能调整得太大,使信号的最高电压超过三极管VT的放大极限,出现 饱和 的情况(因为饱和部分其实会被“削顶”,而不是像下面的示意图一样好好活着~)

因为三极管VT的放大系数β会随着温度的升高而升高,即通过集电极 c 与发射极 e 之间的电流I ce 会增加,从而流向基极 b 的电流I b 会减少,这就造成偏置电压降低。

这会让偏置并放大后的音频信号上下浮动,而且可能造成"削顶"失真。

要解决这个问题,我们需要改良放大电路,为分压式偏置共射极放大电路,如下图。

我们添加了电阻R b2 和电阻R e 来平衡偏置电压。

偏置电阻R b1 和R b2 把电源电压V cc 按电阻比例稳定的分为两部分,输入三极管VT基极 b (阀门端)的电压V b 也由偏置电阻R b1 和R b2 的分压值决定,所以V b 是稳定的。

此时,如果三极管VT温度上升,通过集电极 c 与发射极 e 之间的电流I ce 会增加,那么电阻R e 的电压V e 也会上升,三极管VT的基极 b 和发射极 e 之间的压降就下降了,所以流入三极管基极 b 的电流I b 也降低了,从而降低了偏置电压,使偏置电压处于稳定状态。

三极管VT的基极 b 的电压V b 为

三极管VT的发射极 b 的电流I e 为

三极管VT的集电极 c 与发射极 e 之间压降V ce 为

[未完,但要不要待续咧~←_←]

运放输入阻抗高,输出阻抗低,放大倍数高,做ADC的信号匹配再合适不过了~

如果使用运放来适配ADC采集交流电信号,做到如下两级就通常就足够了:

加法器 → 反向放大器

输入电压() 7-12V

输入电压(范围) 6-20V

资料上写了工作电压为5V,但其实里面有5V三端稳压器,所以基本上6-20V都行,接DC口或是VIN和GND就可以正常工作。但是我个人喜欢接USB线到电脑上,直接是5V供电,很方便。


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