如何創(chuàng)建模擬輸入保護(hù)電路

步驟1：您將需要。..

帶有少量跳線的面包板

一組標(biāo)準(zhǔn)電阻器值（我使用了模擬零件套件）

電阻器顏色指南或應(yīng)用程序（我使用了Digilent創(chuàng)建的該應(yīng)用，但是有很多可用的

二極管，用于開(kāi)關(guān)或整流（也在Analog Parts套件中）

偏置電壓源（例如AA電池）

臺(tái)式電源和數(shù)字萬(wàn)用表（用于測(cè)試）

第2步：確定輸入和輸出電壓

在進(jìn)行任何數(shù)字運(yùn)算以選擇分壓器的電阻值之前，我們需要確定約束。顯然，我們受到模擬輸入引腳的最大電壓的約束，但是我們還希望二極管在達(dá)到該閾值之前變得正向偏置。這意味著我們需要有一個(gè)二極管連接的電壓電平，以使其能夠正向偏置到或低于我們想要保護(hù)引腳的電壓電平。包括的電路圖說(shuō)明了我們所需的設(shè)置。

現(xiàn)在，我們需要為二極管提供這一特定電壓電平。二極管是非線性元件，因此跨輸入的電壓降會(huì)在一定范圍的輸入范圍內(nèi)略有變化，但是一般的假設(shè)是跨它的電壓降為0.7V。這意味著無(wú)論我們選擇哪個(gè)電壓+ 0.7V都是正向偏置二極管所需的電壓，從而可以保護(hù)我們的模擬輸入引腳。

取決于可用的電壓，您的電壓可能會(huì)與我的略有不同。我使用了一塊AA電池作為高端，其測(cè)量值為1.6V，這將導(dǎo)致在輸入引腳上看到約2.3V的輸入電壓，以使二極管處于活動(dòng)狀態(tài)。這是一個(gè)非常好的最大值，因?yàn)樗h(yuǎn)低于uC32模擬輸入引腳的3.3V輸入最大值。我要降低到此水平的輸入電壓約為12V，可以從一臺(tái)小型直流電動(dòng)機(jī)上讀出。

步驟3：確定分壓器的電阻值

**快速說(shuō)明，修改這些電壓所采取的步驟對(duì)于各種目標(biāo)都是一致的。我們?cè)诖颂幨褂玫闹凳怯晌覀兊募s束條件決定的，這些約束條件是使用AA電池作為二極管的偏置電壓源，以及我們要測(cè)量的已知電壓。如果您有專用的電源，則可以根據(jù)需要更改偏置電壓，以便在模擬引腳上獲得不同的電壓讀數(shù)（如步驟2中的圖所示）

一個(gè)已知的目標(biāo)測(cè)量值（我們?cè)谏弦徊街写_定的?2.3V）和我們的12V輸入值，我們可以做一些數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)確定滿足在這些電壓下工作的電路所需的電阻值。我設(shè)計(jì)該電路的總電阻約為1 M 1（類似于典型的萬(wàn)用表的阻抗）。

上圖中的藍(lán)色框列出了我們的已知值，從中我們可以使用綠色框中的方程式來(lái)計(jì)算所需的電阻值。 R1和R2的值將根據(jù)您的輸入電壓和測(cè)量的電壓值而有所不同，但是很有可能它們與標(biāo)準(zhǔn)電阻器的值有很大不同，因此您需要使用值的組合來(lái)接近該值。 （我建議盡量不要對(duì)R1或R2使用四個(gè)以上的電阻，因?yàn)榻⒕_的計(jì)算值并不重要）。

確定要使用的電阻后，測(cè)量其電阻盡可能精確地確定價(jià)值。此步驟很重要，因?yàn)槟鷮⑿枰@些數(shù)字來(lái)計(jì)算實(shí)際要測(cè)量的電壓。

步驟4：構(gòu)建和測(cè)試電路

在上面的白板圖像中，我包括了經(jīng)過(guò)測(cè)量的電阻值（至四個(gè)有效數(shù)字），這些電阻值將滿足使用上一步中的公式計(jì)算出的R1和R2的值。同樣，這里要對(duì)電阻器本身進(jìn)行一定程度的測(cè)量是很重要的，而不僅僅是使它們與您為這些值計(jì)算出的值完全匹配。

現(xiàn)在，將電阻器串聯(lián)您可以測(cè)試電路的工作情況是否接近您的期望。使用電源提供電壓，您可以使用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量等效R1和R2電阻之間的電壓。這將是模擬引腳看到的電壓。

上面的面包板圖片中指出了一些連接。綠色方框代表輸入的輸入電壓（12V），藍(lán)色方框代表我們的微控制器將讀取的導(dǎo)線（橙色線連接到模擬引腳，黑色線連接到公共接地），橙色框在+和

第5步：測(cè)量

上面的圖片提供了鏡頭在不同條件下工作的電路前兩個(gè)包括在電路中在正常12V操作和17.8V下實(shí)現(xiàn)的二極管鉗位（模擬電壓的潛在尖峰）。最下面的兩個(gè)是輸入電壓相同（ish）的圖片，而電路中未連接二極管部分。

雖然我們清楚地讀取的電壓低于我們預(yù)期的2.3V的電壓，但這仍然說(shuō)明二極管起到了并聯(lián)的作用（看到該范圍保持在12V至17.8V之間）。這允許多余的電流通過(guò)它，而不是在測(cè)量點(diǎn)積聚并導(dǎo)致該點(diǎn)電壓升高。

前兩幅圖像中?1.9V的讀數(shù)可能是多種因素的乘積，但是這表明，我們感興趣的電壓在二極管兩端的壓降低于我們假定的0.7V 。造成這種情況的確切原因不在本Instructable的范圍之內(nèi)，但是我們可以對(duì)補(bǔ)償因子進(jìn)行假設(shè)，以便獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果（假設(shè)我們的預(yù)期?2.3V與12V輸入成正比）。

步驟6：補(bǔ)償因子

由于該電路中的電流已經(jīng)非常低（以微安為單位），因此二極管將消耗大量電流。一旦電流變?yōu)樯踔谅晕⑾蚯捌钡陌俜直取＿@將導(dǎo)致電壓測(cè)量值的下降與二極管兩端的壓降成正比。為了使我們的測(cè)量在目標(biāo)電壓范圍內(nèi)更加準(zhǔn)確，我們可以測(cè)量連接二極管和不連接二極管時(shí)的輸出電壓。取這兩者的差給我們這個(gè)因素，盡管它并不精確，但它使我們可以將誤差最小化。

對(duì)于上一步中圖像中可用的測(cè)量，我得到的補(bǔ)償因子為0.21 V，它將與從模擬引腳讀取的電壓相加。

步驟7：結(jié)果

如果您有足夠的信號(hào)源（或您可以查看上面的圖片以確認(rèn)概念）。從圖中的儀表可以看出，即使在電路上施加30V的電壓，輸出電壓也可以很好地保持在?2V的水平（大約為35μA的電流）。白板上包含的方程式為我們提供了一種基于電阻值，補(bǔ)償系數(shù)和測(cè)得的電壓來(lái)計(jì)算輸入電壓的方法。僅當(dāng)我們的輸入電壓實(shí)際為12V或更低時(shí)，這才真正能夠可靠地提供結(jié)果，但是這很重要，因?yàn)槲覀兿Ｍ?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/保護(hù)電路/" target="_blank">保護(hù)電路板免受潛在的電壓尖峰的影響。

插入被測(cè)電壓從第5步的右上圖，我們的補(bǔ)償因子和電阻值到上面的方程式中，我得到的計(jì)算輸入電壓約為11.823V（誤差約為-1.47％），非常好！如前所述，這將不是最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是您現(xiàn)在可以進(jìn)行測(cè)量并在微控制器上對(duì)其執(zhí)行各種操作！