Procesamiento de señal con amplificadores operacionales

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Tengo la tarea de reproducir la siguiente señal

utilizando solo amplificadores operacionales (y resistencias).

Estoy bastante seguro de que debo agregar dos señales, las formas de onda cuadrada y triangular, es bastante difícil averiguar cómo torcer la señal de -8V a 0V.

He intentado obtener la función de transferencia según una señal de forma de onda cuadrada V2 (-6V min a 0V max, freq = 1Hz) y una forma de onda tringular V1 (0V min, 2V max, freq = 1Hz) con esto, Obtengo la siguiente salida Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Lo que satisface la siguiente tabla EXCEPTO EN EL PUNTO 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

¿Qué haría?

Tanto el cuadrado como el triangular se proporcionan como señales de entrada, el circuito no los genera, solo los procesa para dar como resultado la señal que se muestra en la figura. Es para un proyecto, así que es una especie de tarea y estoy trabajando duro en ello ahora mismo. Tanto la amplitud como el dominio del tiempo son igualmente importantes.

    
pregunta Favner

4 respuestas

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La pendiente positiva de la onda triangular necesita el doble de ganancia que la pendiente negativa, esto no se puede hacer en un circuito de opamp y resistencias sin algún truco:

Señals1=ondatriangular,0Va+4V
Señals2=ondacuadrada,0Va+12V
Señals3=s1/2+s2/2,0Va+8V

Aquíesdondeentraeltruco.Laspendientesdelaondatriangularsonsimétricasylasnecesitamosdiferentes.Truco:useunaplataformaderielarielconunsuministrode\$\pm\$12V.Lousaremospararecortarlapartesuperiordelaformadeondas3.

Señals4=2\$\veces\$s3(recortado),0Va+12V
Señals5=Vout=s4-8V+s1,-8Va+8V

Esquema , solo 2 opamps y 9 resistencias:

    
respondido por el stevenvh
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Otra opción es este circuito, que utiliza la misma cantidad de opamps que Stevens pero funciona de manera ligeramente diferente.
Se basa en diferentes ganancias para las oscilaciones positivas / negativas (logradas con los diodos en el circuito de retroalimentación)
R2, R5 y R11 atenúan y cambian la señal de -6V-0V a -2V-2V, mientras presentan una impedancia de 1kΩ a la entrada opamp. R7 y R8 establecen las diferentes ganancias para los cambios positivos / negativos.
Los dos componentes (postive / negativo tocados desde los puntos "POS" y "NEG") de la señal final son sumados e invertidos por el opamp U2, y usted tiene su señal de salida.

Simulación:

Puede ver las señales de entrada (azul / rojo) y la señal de salida (verde) en el gráfico superior. En la parte inferior puede ver los componentes positivos y negativos (rosa / azul claro) que se suman mediante U2.

EDIT : ¿Entonces no hay diodos?

Solo por diversión, y para mantenerse dentro de las restricciones, aquí está el mismo circuito, pero en su lugar utiliza un opamp con diodos de protección de entrada ;-)

Yaquíestálasimulación:

Incluí la corriente a través de las entradas opamp para mostrar la acción del diodo. La salida es la misma que la del primer circuito. En theory , esto debería funcionar con cualquier opamp con diodo limitado a corriente para protección de entrada de riel.

    
respondido por el Oli Glaser
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Lo que hace que este problema sea complicado es que no solo tienes la suma de una onda triangular y una onda cuadrada. Los pasos negativos de la onda cuadrada son -12 V, pero los pasos positivos solo de +8 V.

Tratar de crear la señal final como un compuesto de varias señales como Steven y Oli sugirieron es perfectamente válido y, de hecho, puede ser la mejor respuesta. Sin embargo, aquí hay una manera diferente de pensar sobre este problema.

Considere un capacitor que se puede cargar y descargar con corrientes fijas, y que también se puede conectar alto y bajo "instantáneamente" a +8 y -8 voltios. Solo para elegir algo, usemos un capacitor de 10 nF, por ejemplo. Descargarlo a 4 V en 1 ms requeriría -40 µA. Para cargarlo 8 V en 1 ms se necesitarían +80 µA. Podría tener fuentes separadas de microamperios de -40 y +80 que estén habilitadas en el momento correcto. Sin embargo, es probable que sea más fácil tener una fuente fija de -40 µA y una fuente de +120 µA conmutable.

Todo se puede conducir desde una onda cuadrada de 500 Hz. la fuente de corriente de 120 µA se habilita cuando la onda cuadrada es positiva (durante 1-2 ms y 3-4 ms en su diagrama). La abrazadera lateral baja se habilita por un corto tiempo desde el borde ascendente de la onda cuadrada y la abrazadera ancha alta desde el borde descendente. Dado que el voltaje se restablece a uno de los límites de la pinza una vez por milisegundo, este método evita perfectamente el desbordamiento si los escalones y las rampas no suman exactamente cero por ciclo.

Esto no es un esquema, solo un diagrama del concepto general. Tengo transistores NPN y PNP para las pinzas solo para mostrar la idea general. Se necesitaría más, como un diodo y / o resistencia, para restablecer C2 y C3 a tiempo para el siguiente uso si realmente se usan transistores bipolares. Las fuentes actuales se pueden crear con opamps, y hay varias formas de encender y apagar una.

Nuevamente, este es un concepto solo con los detalles dejados como ejercicio. Sin embargo, creo que esto podría funcionar dependiendo de muchas cosas que no nos haya dicho, como la precisión, la unidad de salida, la velocidad de los bordes, etc. Podría entrar en más detalles si esta es una dirección en la que está interesado.

    
respondido por el Olin Lathrop
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¿Qué hay de agregar un desplazamiento a la onda cuadrada para hacerla asimétrica, luego integrarlo con un amplificador operacional y restarlo de la onda cuadrada original? No puedo resolverlo, pero se siente como un enfoque viable.

    
respondido por el Scott Seidman

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