Oscilación en el rectificador de voltaje / circuito de escalado

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Estoy trabajando para crear un circuito que escalará la entrada de +/- 12v a un 3.3v unipolar centrado alrededor de 1.65v, para escalar el tipo de CV utilizado en los sistemas de síntesis modular para trabajar con los ADC en el microcontrolador STM32F4 , que quieren ver una entrada de 0-3.3v.

Estoy encontrando problemas con el ruido, específicamente una extraña oscilación alrededor de 8.6 MHz. He intentado agregar condensadores de filtrado, lo que ayuda un poco, pero no elimina el problema por completo, así que creo que hay un problema con mi circuito.

Para realizar el escalado de voltaje, coloco la entrada a través de un divisor de voltaje de 16k / 100k para escalar la entrada a +/- 1.65v, que se envía a un búfer. Luego agrego un sesgo de 1.65v y lo envío a través de dos amplificadores de inversión de ganancia unitaria. Obtengo la polarización de 1.65v dividiendo la fuente de alimentación y enviándola a través de un búfer de la misma manera que hago la entrada. Estoy usando el amplificador operacional cuádruple LM324, que apago una fuente de +/- 12v.

¿Hay algo defectuoso en mi metodología aquí que podría estar causando este ruido no deseado, o una forma mejor / más limpia en que podría estar haciendo esto?

Aquí está el esquema:

P.S. ignore donde dice LT103 en el esquema, estoy usando el LM324, un op-amp cuádruple

    
pregunta Emmett P

3 respuestas

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

No necesita ningún amplificador operacional en absoluto, tal vez un solo búfer.

    
respondido por el stretch
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Estás haciendo esto demasiado complicado. Para referencia, aquí está su circuito:

Hayvariasformasdesimplificaresto.Losdosbuffersdeinversiónespaldaconespaldasonsimplementetontos.¿Porquénoelobviobúfernoinversor?Además,elprimerbúferdeinversiónnoesenrealidadgananciadeunidad.TengaencuentaquelaseñalquellegatienelaimpedanciadeR4//R6,queesde5kΩ.Conunaresistenciaderealimentaciónde10kΩ,laetapaU2tendráunagananciade-2.

Todoloquerealmentenecesitasesesto:

R1yR2formanundivisordevoltajequereducelagananciadelaseñaldeentrada.SinV1,esoseríasimplementeescaladosobreelterreno.V1añadeundesplazamiento.Alsepararlagananciadeseadayeldesplazamientodeseado,podemoscalcularlosvaloresfácilmente.

Enrealidadtenemostresgradosdelibertadyhastaahorasoloestablecimosdosrestricciones.Larestricciónrestantesepuedeexpresarcomolaimpedanciadeentradaosalidadeldivisor.Porahora,soloelegiremosarbitrariamente10kΩparaR1paraconcretareltercergradodelibertad.Mástarde,puedeescalartodaslasresistenciasenlamismacantidadparaajustarlasimpedancias.

Laseñaldeentradatieneunrangode24Vylasalidatieneunrangode3.3V.Porlotanto,soloporlaganancia,sabemosqueeldivisordevoltajeR1,R2debetenerunagananciade(3.3V)/(24V)=0.138.ConR1=10kΩ,R2debeser1.59kΩ.

Ahorasolonosquedaunaúnicarestricciónyunúnicovalorqueencontrar,queeselvoltajedeV1.UnaformaderesolverestoeselegircualquierpuntodeoperaciónyencontrarloquedebeserV1.Elegiré0Ven,loquesabemosdeberesultaren(3.3V)/2=1.65V.Asíqueahoratenemosundivisordevoltajeconlapartesuperioren0V,lasresistenciasson10kΩy1.59kΩ,lasalidasiendo1.65V,ynecesitamosencontrarlatensióndefondo.Delasmatemáticasdeldivisordevoltajebásico,V1es1.91V.

Asíqueahoratenemos:

Enestepunto,esunabuenaideahacerunacomprobaciónparaasegurarsedequenohayamosestropeadonada.Podría,porejemplo,poner12Vyverificarqueobtiene3.3Vfuera.Lohehechoyloverifico,perodejaréqueestoseaunejercicioparaquelohagaustedsolo.

Estecircuitofuncionarábien,perorequerirunafuentede1.91Vesunpocoinconveniente.Tengaencuentaque,desdeelrestodelpuntodevistadelcircuito,V1yR2formanunafuenteTheveninconunvoltajede1.91Vyunaimpedanciade1.59kΩ.PodemoscrearexactamentelamismafuenteThevenindesdesufuentede12Vexistente:

Tenemosdosrestricciones.EldivisordevoltajeR3,R4porsímismodebeproducir1.91V:

(12V)R4/(R3+R4)=1.91V

YlacombinaciónparaleladeR3yR4debeser1.59kΩ:

(R3*R4)/(R3+R4)=1.59kΩ

Mesaltearélaaritméticade8vogrado,peroesosaleaR3=10.0kΩyR4=1.90kΩ.Asíqueaquíestáelcircuitofinal:

Sí, realmente es así de fácil.

Tenga en cuenta que la impedancia de entrada es R1 + R3 // R4 = 11.6 kΩ, y la impedancia de salida es R1 // R3 // R4 = 1.38 kΩ. Si esos son aceptables, entonces no tienes que hacer nada más. Todas las resistencias se pueden escalar en la misma cantidad para cambiar estas impedancias.

Si la impedancia de entrada aún es demasiado baja en la impedancia de señal máxima que su A / D necesita, entonces puede usar un búfer de ganancia de unidad única siguiendo esta red de resistencias. En ese caso, escale las resistencias para obtener la impedancia de entrada deseada. La impedancia de salida será la del búfer de ganancia unitaria e independiente de las resistencias.

Por lo tanto, a lo sumo, su circuito se parece a los tres resistores anteriores seguidos por un búfer de ganancia unitaria.

Una vez más, sí, realmente es así de simple.

    
respondido por el Olin Lathrop
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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El circuito anterior podría funcionar para usted si la entrada es una señal digital. La primera etapa convierte el + 12 / -12V en + 3.3V / 0V. La segunda etapa elimina el ruido de alta frecuencia, establecido con R3 / C1.

Más detalles serían agradables, para ayudar a determinar las restricciones.

  • Por ejemplo, ¿la señal de entrada es de naturaleza digital? Si es así, podemos usar un comparador más simple en lugar de un amplificador lineal.

  • ¿Te importa la linealidad de la salida? Si no, incluso si la entrada es una onda sinusoidal, podríamos conducir las salidas riel a riel para alcanzar 0-3.3V.

  • ¿Cuál es el rango de frecuencia de las entradas? ¿Funciona esto a voltaje DC? ¿Funciona esto a 40kHz?

Dependiendo de sus necesidades, este circuito podría funcionar (a continuación se muestra un amplificador de tipo lineal):

La primera etapa escala la tensión de entrada diferencial de 24 V en una tensión diferencial de 3,3 V con polarización en torno a Vb. La red RC forma un filtro de paso bajo para ayudar con el ruido de alta frecuencia que mencionó.

La segunda etapa es solo un búfer para proporcionar algo de corriente de disco. Puede reemplazar esto con la inversión de un amplificador operacional si necesita corregir la polaridad.

En la práctica, probablemente generaría el voltaje de referencia utilizando un potenciómetro de compensación, ya que debido a los voltajes de compensación de entrada que no son cero, es posible que necesite modificarlo un poco para un rango de voltaje más cercano.

    
respondido por el jbord39

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