Pemrosesan Sinyal dengan Op Amps

Saya ditugaskan untuk mereproduksi sinyal berikut

hanya menggunakan Op Amps (dan resistor).

Saya cukup yakin saya harus menambahkan dua sinyal, bentuk gelombang persegi dan segitiga, hanya cukup sulit untuk mengetahui cara memutar sinyal dari -8V ke 0V.

Saya sudah mencoba untuk mendapatkan fungsi transfer sesuai dengan sinyal gelombang persegi V2 (-6V min ke 0V max, freq = 1Hz) dan bentuk gelombang tringular V1 (min 0V, 2V max, freq = 1Hz) dengan ini, saya mendapatkan berikut output Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Yang memenuhi tabel berikut KECUALI DI POINT V1 = 0, V2 = 0

    V1  V2   V0
    2   -6   8
    2   -6   4
    2    0  -8
    0    0  -4   <---HERES THE PROBLEM ! (Should be zero)
    0   -6   8

Apa yang akan saya lakukan?

Baik kuadrat dan segitiga disediakan sebagai sinyal input, sirkuit tidak menghasilkan mereka hanya memprosesnya untuk menghasilkan sinyal yang ditunjukkan pada gambar. Ini untuk sebuah proyek jadi itu semacam pekerjaan rumah dan saya sedang bekerja keras untuk itu sekarang. Baik amplitud dan domain waktu sama pentingnya.

Kemiringan positif gelombang segitiga membutuhkan dua kali perolehan kemiringan negatif, ini tidak dapat dilakukan dalam rangkaian opamp dan resistor tanpa beberapa trik:

Sinyal s1 = gelombang segitiga, 0 V hingga +4 V
Sinyal s2 = gelombang persegi, 0 V hingga +12 V
Sinyal s3 = s1 / 2 + s2 / 2, 0 V hingga +8 V

Di sinilah triknya masuk. Lereng gelombang segitiga simetris, dan kita membutuhkannya berbeda. Trik: gunakan opamp rail-to-rail dengan pasokan 12 V. Kami akan menggunakannya untuk memotong bagian atas gelombang s3.$\pm$

Sinyal s4 = 2 s3 (terpotong), 0 V hingga +12 V Sinyal s5 = Vout = s4 - 8 V ​​+ s1, -8 V hingga +8 V$\times$

Skema , hanya 2 opamps dan 9 resistor:

Pilihan lain adalah sirkuit ini, yang menggunakan jumlah opamps yang sama dengan Stevens tetapi bekerja sedikit berbeda.
Ini bergantung pada keuntungan yang berbeda untuk ayunan positif / negatif (dicapai dengan dioda dalam rangkaian umpan balik)
R2, R5 dan R11 menipiskan dan menggeser sinyal -6V-0V ke -2V-2V, sambil menghadirkan impedansi 1kΩ ke opamp memasukkan. R7 dan R8 adalah untuk mengatur keuntungan yang berbeda untuk ayunan positif / negatif.
Dua komponen (postive / negatif yang disadap dari titik "POS" dan "NEG") dari sinyal akhir kemudian dijumlahkan dan dibalikkan oleh U2 opamp, dan Anda memiliki sinyal output Anda.

Simulasi:

Anda dapat melihat sinyal input (biru / merah) dan sinyal output (hijau) di grafik atas. Di bagian bawah Anda dapat melihat komponen positif dan negatif (pink / biru muda) yang dijumlahkan oleh U2.

EDIT - Jadi tidak ada dioda?

Hanya untuk bersenang-senang, dan untuk tetap dalam batasan, di sini adalah sirkuit yang sama tetapi menggunakan opamp dengan dioda perlindungan input sebagai gantinya ;-)

Dan inilah simulasi:

Saya memasukkan arus melalui input opamp untuk menunjukkan aksi dioda. Outputnya sama dengan sirkuit pertama. Secara teori ini harus bekerja dengan opamp dengan dioda terbatas tidak lancar untuk perlindungan input rel.

Yang membuat masalah ini rumit adalah bahwa Anda tidak hanya memiliki jumlah gelombang segitiga dan gelombang persegi. Langkah-langkah negatif dari gelombang persegi adalah -12 V, tetapi langkah-langkah positif hanya +8 V.

Mencoba membuat sinyal terakhir sebagai gabungan dari beberapa sinyal seperti yang disarankan Steven dan Oli sangat valid dan mungkin sebenarnya merupakan jawaban terbaik. Namun, berikut ini cara yang berbeda untuk memikirkan masalah ini.

Pertimbangkan kapasitor yang dapat diisi dan dikosongkan dengan arus tetap, dan juga dapat dijepit tinggi dan rendah "langsung" ke +8 dan -8 volt. Sebagai contoh, mari kita gunakan kapasitor 10 nF misalnya. Untuk melepaskannya dengan 4 V dalam 1 ms akan membutuhkan -40 μA. Untuk mengisi daya 8 V dalam 1 ms akan membutuhkan +80 μA. Anda dapat memiliki sumber microamp -40 dan +80 terpisah yang diaktifkan pada waktu yang tepat. Namun, mungkin lebih mudah untuk memiliki sumber tetap -40 μA dan sumber +120 μA yang dapat diganti.

Semuanya dapat didorong dari gelombang persegi 500 Hz. sumber arus 120 μA diaktifkan ketika gelombang persegi positif (selama 1-2 ms dan 3-4 ms dalam diagram Anda). Penjepit sisi rendah diaktifkan untuk waktu singkat dari tepi naik dari gelombang persegi, dan penjepit lebar tinggi dari tepi jatuh. Karena tegangan disetel ulang ke salah satu batas penjepit satu kali per milidetik, metode ini dengan baik menghindari pelarian jika langkah dan landai tidak bertambah hingga nol per siklus.

Ini bukan skema, hanya diagram dari konsep umum. Saya punya transistor NPN dan PNP untuk klem hanya untuk menunjukkan ide umum. Akan ada lebih banyak yang diperlukan, seperti dioda dan / atau resistor, untuk mengatur ulang C2 dan C3 pada waktunya untuk penggunaan berikutnya jika transistor bipolar benar-benar digunakan. Sumber saat ini dapat dibuat dengan opamps, dan ada berbagai cara untuk menghidupkan dan mematikan satu.

Sekali lagi, ini adalah konsep hanya dengan rincian yang tersisa sebagai latihan. Namun, saya pikir ini bisa diterapkan tergantung pada banyak hal yang belum Anda beri tahu kami, seperti akurasi, output drive, kecepatan tepi, dll. Saya bisa masuk ke lebih spesifik jika ini adalah arah yang Anda minati.

Bagaimana dengan menambahkan offset ke gelombang persegi untuk membuatnya asimetris, kemudian mengintegrasikannya dengan op amp dan mengurangkannya dari gelombang persegi asli. Saya tidak bisa menyelesaikannya, tapi rasanya seperti pendekatan yang layak.