Boa tarde,

estou utilizando um multiplexador CD4051, mas estou tendo problemas no valor da sua tensão de saída quando comparado ao valor da tensão de entrada quando conecto um resistor na saída para o GND (Figura 1)

Figura 1

Nesse caso, meu valor de Vin=4,95V e meu sinal de saída Vout=3,30V. O valor de R0 é de 1kOhms.

Gostaria de saber o que está ocasionando isso, mas principalmente, como solucionar.

Observação: pesquisando em outros fóruns da internet, vi para colocar um seguidor de tensão na saída, tal como mostrado pela figura 2.

Figura 2

Essa configuração realmente solucionou o problema da queda de tensão no resistor. Entretanto, para minha aplicação ela acabou por fazer surgir outro problema. Eu devo utilizar o circuito da figura 2 em uma malha de realimentação de um amplificador inversor comum, tal como a figura 3.

Figura 3

Entretanto, utilizando a configuração da figura 3, o ganho na saída não corresponde ao valor teórico esperado. Também não sei o porquê, mas em ambiente de simulação, o ganho utilizando esse circuito da figura 3 também não foi como o esperado teoricamente.

RESUMO do meu problema:

Como solucionar a queda de tensão que estou tendo na figura 1?

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Respostas a este tópico

olá Gabriel.

      Utilize a técnica mostrada na figura a seguir:

(clique na figura para "zoom")

       Observe que o valor de R1 é de 1 Mega Ohm.

       Veja que o AmpOp também sempre acrescenta um erro de Offset na tensão de saída, que pode chegar a +/- 10mV dependendo do AmpOp utilizado. Assim sempre olhe no datasheet do AmpOp para ver o quanto será este erro.

      Esclarecendo o motivo pelo qual seu circuito inicial (na sua figura 1) não funcionou como vc esperava:  ocorre que as chaves analógicas do 4051B (este "B" no final é necessário para identificar o CI), não possuem impedância "ON" (quando a chave está fechada) zero, muito menos possui um valor baixo (o valor depende principalmente da alimentação). Isto formou um Divisor de Tensão com seu Resistor "R0",  fazendo com que o Vout fosse o resultado desse divisor de tensão.

      Veja o valor típico para a impedância "ON" da chave do 4051B,  quando alimentado com 5V (pino 16, sendo VEE e VSS ligados ao GND), que retirei do datasheet da Texas, conforme salientei na cor amarela/rosa na figura a seguir:

(clique na figura para "zoom")

      Faça as contas do divisor de tensão, usando o valor típico de RON de 470 Ohms,  e obterá justamente um valor próximo aos 3.3 Volts que vc mediu no seu circuito da sua "figura 1".

      Existem mais "truques" para se usar o 4051B (assim como 4052B e 4053B). Mas estes dependerão da frequência de chaveamento que vc está usando para o MUX (nos sinais "A, B, C" do chip). Se estes "truques" não forem aplicados, e se a frequência de Multiplexagem for acima de um certo valor (isto também depende de como seu Firmware faz a aquisição de dados), então poderá perceber um outro erro no valor da tensão de saída. Este erro é devido à "injeção de carga", e sempre existe  em qualquer multiplexador desse tipo, porém o efeito dele será ou não sentido dependendo dos parâmetros que mencionei acima. Claro, isto também pode ser minimizado, mas a aplicação de uma "compensação" depende totalmente de como o circuito é utilizado, e como o Firmware conduz as aquisições de sinal.

      Abrçs,

      Elcids

ah sim,  esqueci de comentar sobre o circuito da figura 3, onde vc parece estar tentando implementar um "PGA"  (Amplificador com Ganho Programável).

      O circuito da sua figura 3, como está, realmente não irá funcionar, pois a malha de realimentação do AmpOp (aquele logo abaixo do 4051B no circuito), está praticamente aberta devido à altíssima Impedância de Entrada do outro AmpOp (essa impedância acaba ficando em série com R0, comprometendo a malha de realimentação). Além disso,  as saídas dos dois AmpOp estão ligadas "juntas", o que vc não verá em circuitos que funcionem corretamente, ou seja,  não é assim que se utiliza AmpOps.

      Se estiver tentando obter um PGA, meu conselho:  use o 4051B para chavear Divisores Resistivos (ou seja:  atenuação passiva),  e depois use uma topologia com AmpOp com um ganho fixo que compense a atenuação e forneça os ganhos finais que vc deseja. Eu já fiz isso muitas vezes, em produtos comerciais, e é a forma mais prática e confiável de se obter os resultados que vc parece estar buscando.

      Abrçs.

      Elcids

e caso, vc queira realmente usar a topologia próxima à da sua figura 3, o circuito mais simples é o que estou mostrando a seguir:

(clique na figura para "zoom")

      Observe, no entanto, que algumas considerações devem ser tomadas:

      1) a impedância "RON" das chave analógicas do 4051B,  estará somada ao valor "Rn" na equação do Ganho. Assim escolha valores para R2 a R9, de forma que seja minimizada a influência da impedância RON da chave analógica.  Claro, isto implica também em escolher um valor adequado para R1. Por exemplo, se quiser um ganho de 1.8,  poderá ter R2 = 18k e R1 = 10k, com o que Rn será  18k+470 ,  e o Ganho será  G = (18k + 470) / 10k = 1.847.  Veja que 470 é a impedância da chave analógica @5V, conforme mostrei anteriormente. Assim, veja que nesta topologia sempre existirá um erro no Ganho devido à impedância da chave analógica.  Claro, vc pode minimizar isso usando alimentações mais altas (até 15V), pois isso reduz o valor da impedância da chave analógica, mas aí teria que ajustar seu Sistema para trabalhar com estas alimentações. Mas em geral o que se faz é aumentar o valor dos resistores de Ganho, tentando minimizar o erro (e claro: se possível, use Resistores de 1%).

     2) lembre-se que sempre que chavear o 4051B,  haverá um curto instante de tempo em que a malha de realimentação será interrompida, ou seja, ficará aberta (enquanto ocorre o chaveamento). Neste instante, se o AmpOp (U1) or muito rápido, ele perceberá isso, e tenderá ir para a saturação (positiva ou negativa), e após o chaveamento, a tensão na saída irá para o valor correto. Então analise esta questão, pois ela pode ser significativa.

     3)  a tensão de offset do AmpOp, aparecerá somada na saída, porém multiplicada pelo Ganho. Então fique atento pois ganhos mais altos implicarão em um resultado mais errático.

     4) a Impedância de Entrada do circuito, é R1. Assim escolha um valor que case adequadamente com o circuito que fornece a tensão Vin.

      Neste tipo de topologia,  sempre será mais perceptível o problema da "Injeção de Carga", que mencionei anteriormente. Então durante os chaveamentos do 4051B, vc poderá ver alguns "valores esquisitos" em Vout, e após algum tempo (esse tempo depende dos resistores no circuito e da intensidade da Injeção de Carga), a tensão irá para o valor correto.

      Espero não ter esquecido de alguma recomendação mais relevante.

      Abrçs,

      Elcids

me esqueci de mencionar algo que pode ser significativo:

       Alimentando o Sistema com 5V,  vc poderá utilizar o 74HC4051  ou o 74HCT4051, que são bem mais "modernos"  que o 4051B.  Eles possuem  a mesma funcionalidade e a mesma pinagem do 4051B, como seria de se esperar.

      Mas por serem mais "modernos",  as chaves analógicas dos mesmos possuem um "RON" muito mais baixo que o do 4051B,  o que é muito significativo para muitas aplicações.  Quando alimentado a 5V,  o RON  típico (@25 graus) fica próximo a 65 Ohms (ou seja 7 vezes menor que no 4051B). Então, para o PGA que vc parece querer obter, é uma ótima opção para diminuir o erro no Ganho (mas ainda assim use Resistores na faixa que mostrei anteriormente, como por exemplo R1=10k, e com 1% de tolerância).

      Além disso, também por serem mais "modernos", estes 74HC/HCT possuem na sua construção interna, Transistores menores e com capacitância parasita muito menor que a da família "4xxxB",  o que significa que além de serem muito mais rápidos, também possuem uma "Injeção de Carga" bem menor,  o que é ótimo para o MUX (a "Injeção de Carga" é consequência da capacitância parasita dos transistores, sendo tanto maior quanto maior essa capacitância).

      E claro:  não se esqueça das considerações que mencionei nos posts anteriores (especialmente aquelas que enumerei de 1 a 4).

      Espero ter ajudado.

      Abrçs,

      Elcids

Bom dia GA,

o CI NX3L4051 tem a a mesma funcionalidade do CD4051, mas com uma resistência interna muito baixa, 

em torno dos  0,75 Ohms  quando alimentado com 4,3V.

Só tem um problema de fácil solução, a voltagem de alimentação dele é 4,6V, no máximo.

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=ht...

RV

olá RV.

      O 3L4051 é uma boa opção realmente.  Esta família CMOS é uma grande evolução e possui excelentes características, entre as quais esta baixa impedância da chave analógica (observando que além das características intrínsecas da tecnologia de fabricação,  a baixa impedância das chaves é obtida também com outras artimanhas, como utilizar 5 ou mais transistores adequadamente polarizados para implementar uma única chave).

      Há quase 20 anos tenho utilizado chaves analógicas semelhantes, como por exemplo NC7SB3157 ou o 74LVC1G3157. São muito robustas e principalmente versáteis, uma vez que são encapsulados em SOT23-6 ou ainda menores (SC70-6). Gates individuais desta linha, também quebram um  galho muitas vezes.

      Assim, soluções semelhantes como o NX3L4051, se forem alcançáveis comercialmente,  recomendo pois são muito adequadas.

      Mas claro é preciso observar a faixa de alimentação e os respectivos níveis lógicos (e eventualmente as margens de ruído, dependendo do ambiente), para evitar problemas.

      E sobre a alimentação, gostaria de fazer uma observação muito importante:  os valores dados nos datasheets na parte discriminada como "Limites Máximos Absolutos",  são fornecidos para esclarecimento e alerta, e devem ser evitados para que se tenham uma margem de segurança e reabilidade, conforme os próprios fabricantes.  Mas infelizmente nem todos os fabricantes esclarecem isto nos datasheets. Alguns apenas colocam os valores, para poder estar em conformidade com a norma IEC 60134.  Mas o significado é muito importante, como vc pode ver nesta nota encontrada em qualquer datasheet da Texas (salientei na cor amarelo e rosa):

(clique na figura para "zoom")

      Os valores que se deve realmente utilizar são os que estão na parte "Condições Recomendas de Operação" (assim chamada em quase todos os datasheets). Estes valores são aqueles sob os quais foram obtidas as características mostradas nas demais Tabelas e Gráficos nos datasheets, e portanto o Fabricante os garante. Ou seja, se quiser que as características exibidas nas Tabelas e Gráficos tenham sentido, fique dentro das "Condições Recomendas de Operação".

      Para o NX3L4051,  a descrição "Limiting values" no datasheet,  é o mesmo que "Absolute Maximum Ratings".   Então observe que a tensão de 4.6V deve ser evitada no NX3L4051. Eu diria que se vc quer construir um sistema confiável, limite a alimentação aos 4.3V descrita em "Recommended operating conditions" no datasheet. Pode parecer pequena a diferença de apenas 0.3V, mas são informações do Fabricante, e seguindo a orientação deste, poderá evitar problemas.

      Abrçs,

      Elcids

Bom dia Elcids,

Sua explicação foi extremamente completa, clara e objetiva. Não possuo palavras para agradecer. Obrigado por compartilhar seu conhecimento.

Sobre o projeto, irei comprar outro CI buscando ter uma maior precisão, visto que meu projeto requer isso. 

Muito obrigado.

Bom dia RV,

muito obrigado pela sugestão!!! Vou procurar me informar sobre o NX3L4051.

Obrigado.

Bom dia a todos, 

Não conhecia esse chip NX3L4051. Boa dica Rui! 

Mas como o nosso mercado de chips é uma ...., não sei se vai encontrá-lo com facilidade. 

Provavelmente terá que importá-lo. 

Outras opções que talvez sejam mais acessíveis, são as chaves analógicas da Vishay (ou similares).

Alguns poucos modelos  podem ser encontrados no Mercado Livre. 

Chaves analógicas da Vishay:

http://www.vishay.com/analog-switches/

Você vai precisar de 8 entradas?

Se não encontrar o chip que precisa, pode montar o seu circuito com mais de um chip, daqueles encontrados nas lojas do Brasil.  Atente para a resistencia RDSon, para o menor valor possível. 

Por exemplo, recentemente comprei DG412 e DG413 no ML. 

http://www.vishay.com/docs/70050/dg411.pdf

Boa tarde José,

felizmente, nesse caso, estando fora do Brasil a problemática de importação não é significativa. E quanto a quantidade de portas, precisarei de 8. Muito obrigado por mais essa sugestão também.

Gabriel, se você esta fora do Brasil, a gama de opções são muitas! 

E com facilidade para encontrá-las.

Essa escassez de componentes no Brasil é um reflexo do atraso que estamos em termos de eletrônica. 

E isso me deixa muito triste. 

Durante o governo da Dilma, a Farnell nos deixou. Era a minha única opção. 

Hoje para importar da Farnell, o frete inviabiliza a compra. 

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