¿Cuál es la manera simple de hacer coincidir un rango de voltaje de entrada con el rango de salida deseado?
Para ser más específico con un ejemplo: si quiero convertir / igualar el rango de entrada de 0V-5V a un rango de salida de 7V-15V linealmente, ¿es posible hacerlo con un opamp, retroalimentación y un potenciómetro ect? Puedo usar un suministro doble de +/- 15V. ¿Cuál debería ser la topología?
Una topología que funciona en general es crear una configuración de amplificador diferencial estándar utilizando dos pares de resistencias que tengan la misma relación.
Deje ...
VIL = el voltaje de entrada más bajo
VIH = la tensión de entrada más alta
VOL = la tensión de salida deseada cuando la entrada es VIL
VOH = la tensión de salida deseada cuando la entrada es VIH
Configurar la ganancia para ser ...
G = (VOH - VOL) / (VIH - VIL).
Las resistencias están ajustadas de tal manera que ...
R2 / R1 = G
Se elige una tensión de compensación de referencia VREF tal que ...
VREF = VOL - G * VIL
VREF se puede derivar de un voltaje de referencia de búfer dedicado o de un circuito equivalente de Thevenin cuya impedancia de salida es igual a R2. Por ejemplo, si R2 era 100K y necesitabas que la compensación fuera de 2.5V y tuvieras un suministro de 5V; entonces podría dividir R2 en el lado positivo en dos resistencias de 200 K (una conectada a 5 V y la otra a GND)
El circuito se muestra a continuación ...
NOTA: Si necesita que G sea negativo, puede poner la entrada en el lado negativo R1 y poner GND en el lado positivo R1. Si necesita que la entrada sea diferencial, conecte los lados positivo y negativo de la señal diferencial al par de R1.
Para su caso específico, necesita una ganancia de 8V / 5V. Puedes usar ...
R1 = 4.99K
R2 = 8K = 7.5K + 499 ohms
Para hacer un desplazamiento de 7V tiene dos opciones.
1) Haga un divisor de voltaje regular y búfelo con una configuración de amplificador operacional como seguidor de voltaje. Las opciones obvias para el divisor son 8K (7.5K + 499) y 7K (6.98K).
2) Use un par de resistencias que formen un divisor de voltaje de 7V con 15V, y tengan una impedancia de salida paralela de 8K. Para este enfoque tenemos dos ecuaciones y dos incógnitas ..
EQ1: 1 / R2a + 1 / R2b = 1 / R2
EQ2: VCC * R2a / (R2a + R2b) = VREF
Resolver ambas ecuaciones da ...
R2a = R2 * VCC / VREF = 8K * 15V / 7V = 17.14K.
R2b = R2 * VCC / (VCC - VREF) = 8K * 15V / (15V - 7V) = 15K.
Vi: rango de entrada = 0V ~ 5V
Vo: rango de salida = 7V ~ 15V
GAIN \ $ = 1.6 = \ frac {ΔVo} {ΔVi} = \ frac {8} {5} \ $ usando Relación vin- con retroalimentación R, relativa a 0V.
OFFSET = Vo = 7V = Vref
cuando \ $ \ small {Vi = 0V}, ~~ let ~~ \ frac {V_o {min}} {Vdd} = \ frac {7V} {+ 15V} = \ frac {R4} {(R4 + R5)} \ $
QA1 se utiliza para establecer la ganancia de 1.6 en el voltaje de entrada.
QA2 está simplemente invirtiendo.
V4 es la entrada, una onda sinusoidal de 0 a 5 voltios.
La salida es una onda sinusoidal de 7 a 15 voltios.
O puede usar el siguiente circuito, tiene una impedancia de entrada más alta.
QA4 es la fuente de voltaje.
QA1 hace la ganancia y el desplazamiento.
Aquí hay una manera rápida y sucia de hacerlo. Puedes calcular las posiciones de los botes si lo deseas, pero probablemente sea más rápido simplemente construirlos, darle una señal de prueba y modificarlos hasta que se midan correctamente.
Las flechas adicionales en las macetas representan la rotación hacia la derecha de la perilla, o el movimiento hacia arriba de un control deslizante. Offset tiene un poco de influencia en Gain , pero la proporción de valores mantiene la interacción bastante baja.
Si ha tenido un curso básico en circuitos opamp, puede reconocerlo como un amplificador no inversor, pero con la red de ganancia reemplazada por un potenciómetro para hacerlo variable, y el terminal de tierra (en realidad referencia) reemplazado por Otra olla para hacerla variable también.
Esta también podría ser una buena manera de demostrar que una opamp en sí no tiene ninguna preocupación por el "terreno" como lo llamamos. Su único trabajo es mover la salida según sea necesario para que las dos entradas sean iguales, dentro de las restricciones de su fuente de alimentación, por supuesto, y en la dirección especificada por las polaridades de entrada. El suelo no aparece en ninguna parte de la descripción del trabajo.
Esta es otra forma de hacerlo, basada en un amplificador invirtiendo .
Si necesita una salida no invertida, deberá agregar otro amplificador de inversión, exactamente por el libro de texto, ya sea al principio para alimentar esto o al final para corregirlo.
Y, finalmente, una forma más de hacerlo, basada esta vez en un suma , que a su vez se basa en un amplificador de inversión.
Funciona un poco diferente a los otros dos en que el desplazamiento se trata como su propia entrada legítima, mientras que los otros dos cambian la referencia con la que se compara su entrada única.
No todos los ajustes mostrados son necesarios; Gain_offset y uno de los otros dos Gain s podrían ser fijos, dejando dos ajustes en tiempo real al igual que los otros dos circuitos. Esto simplemente muestra lo que es posible.
El bucle de vuelta desde el limpiaparabrisas hasta un terminal extremo es básicamente una red de seguridad funcional. Funcionará exactamente de la misma manera sin él ... hasta que la olla falle. En ese momento, tiene la opción de circuito abierto (resistencia infinita) si no usó el bucle hacia atrás, o resistencia de valor completo pero finita si lo hizo. De cualquier manera, se requiere el limpiador; es el terminal final que es opcional.
Y aquí hay un poco más interesante. Mientras mantiene la operación lineal, puede hacer que los controles sean logarítmicos (audio) en el último circuito al reemplazar los potenciómetros Gain_in y tal vez Gain_offset con esto.
Esto funciona porque el nodo de suma se mantiene en 0V por el opamp (siempre que no esté saturado por supuesto), y así la resistencia de 20k está efectivamente en el mismo 0V que el pot. Dada una entrada constante, un potenciómetro cargado como este produce una respuesta entre sí y la carga que, con la relación mostrada, se aproxima bastante bien a un control de volumen de audio. Aliméntelo a través del modelo estándar de un amplificador sumador, utilizando ese voltaje intermedio y la resistencia de carga solo , y verá que la idea funciona.
Para observar la linealidad de la señal, como solicitó originalmente, mantiene el potencio constante y simplifica el circuito, dividiendo el potenciómetro en dos resistencias en serie, combinando el inferior en paralelo con el resistor sumador, etc. ser capaz de ver que la respuesta de señal es todavía lineal; es solo la respuesta control que no lo es.
Nota: No se intenta igualar el rango de controlabilidad entre estos circuitos. Los valores mostrados son en cierto modo reales, pero aún muy nominales.
Podemos hacer esto bastante simple. Esto se puede hacer con una etapa, suponiendo que tiene una impedancia de salida baja en la etapa anterior:
Losvaloresderesistenciapuedenencontrarsemediantelassiguientesrelaciones:
\ $ \ frac {R_2} {R_1} = \ frac {16} {15} \ $
Entonces es cuestión de elegir valores de resistencia que estarán fácilmente disponibles en la serie E24. Estos llegan al 0% y al 0,3%, respectivamente, antes de tener en cuenta la tolerancia de los componentes.
Y funciona:
Necesitará un amplificador operacional riel a riel y, según la respuesta de frecuencia que desee, también debe agregar condensadores en R4 y R2.