Usar un aislador óptico para cambiar la amplificación de un amplificador operacional

Estoy respondiendo a mi propia pregunta aquí, porque he seguido el consejo de Jippie. He construido el circuito en una placa de pruebas y he realizado las mediciones.

• Fuente de alimentación: 5 V (7805)
• Op-Amp: LM324
• Aislador óptico: SFH610A-3
• R1: 21.7 k
• R2: 9.83 k
• R3: 21.8 k
• Encendió el optoaislador con una corriente de 7.7 mA

Con estos valores de resistencia, la amplificación esperada es 2.11.

Aquí están los resultados de la medición:

Vin     Vout measured   Vout Expected   Difference in %
0       0               0   
0.077   0.164           0.162           1.2
0.1     0.213           0.211           0.9
0.147   0.314           0.31            1.3
0.154   0.329           0.324           1.5
0.314   0.668           0.661           1.1
0.49    1.04            1.032           0.8
0.669   1.422           1.409           0.9
0.812   1.726           1.71            0.9
1       2.12            2.106           0.7
1.23    2.61            2.591           0.7
1.52    3.24            3.202           1.2
1.84    3.75            3.876           -3.3     |
2.1     3.75            4.423           -15.2    | (reached max output voltage)
2.54    3.75            5.35            -29.9    v

Además, medí el voltaje en R3 y el opto-transistor, lo que me permite calcular un valor de resistencia para el transistor. Esto fluctuó de 400 a 800 ohmios, probablemente debido a que mi multímetro tiene problemas para medir los pequeños voltajes. Compensando la amplificación esperada al agregar 600 ohmios a R3, la diferencia se reduce a un máximo de 0.6%.

Entonces, mi respuesta es: Sí, funcionará como esperaba, probablemente principalmente debido a que las corrientes son tan bajas que el transistor se usa en un área lineal. No esperaría los mismos resultados si las resistencias utilizadas tuvieran mucha menos resistencia.

Aún así, cambié mi circuito para usar el método sugerido por markt y johnfound. Parece más correcto.

Supuesto : existe cierta necesidad de aislamiento óptico entre el control de ganancia (salida uC) y el módulo de amplificación.

Aquí hay una simplificación del enfoque en la pregunta, que elimina cualquier transistor / FET de la ruta de retroalimentación, y proporciona un rango de ganancias analógicas (continuas), al tiempo que conserva el optoaislamiento. Use Optoacoplador LDR como se usa en algunos clásicos y Amplificadores de audio DIY :

Paraunaalternativaúnicaodebricolaje,useensulugarunaresistenciadependientedelaluzCdSbaratayubicua,juntoconunLEDregular:

El esquema es así:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La resistencia de control de ganancia es la combinación paralela de R1 y (R2 + R_LDR).

Al variar el ciclo de trabajo de una señal PWM o el voltaje de un pin de salida DAC del microcontrolador, la intensidad de la luz del LED varía. A medida que aumenta, la resistencia del LED disminuye, desde un valor muy alto (es decir, poco efecto en el cálculo de ganancia) cuando el LED está apagado, hasta un valor bajo cuando el LED está en un ciclo de trabajo de casi el 100%.

Nota : si utiliza PWM, la frecuencia de PWM debe ser significativamente más alta que la banda de frecuencia de interés de la señal. De lo contrario, el PWM se acoplará en la ruta de la señal, como lo indica @ pjc50.

Todas las respuestas proporcionadas son más o menos viables, pero tienen algunas desventajas:

1. Todas, pero las respuestas de Anindo Ghosh funcionarán solo con voltajes bastante bajos o tendrán un rango de regulación pequeño (distorsiones no lineales bien o muy altas).

2. La solución con la resistencia fotográfica funcionará, pero los optoacopladores de resistencia son algún tipo de elementos exóticos.

3. Es casi imposible proporcionar una ganancia exacta y esta ganancia variará con la temperatura.

Por lo tanto, dichos esquemas son adecuados solo para los esquemas AGC en donde la segunda fuente de retorno Regular la ganancia a los valores necesarios.

Si se debe configurar la ganancia exacta y confiable , el único método de trabajo es utilizar MOSFET controlados en el modo de conmutación (ENCENDIDO / APAGADO) y resistencias normales:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Por qué no usa un control de ganancia de un bus SPI de la MCU ?:

Hay otros chips de control de ganancia que pueden ser activados por las líneas de hardware si no te gusta SPI. He usado este dispositivo ampliamente y puedo responder por su utilidad y precisión.

El material SPI no necesita ser de alta velocidad y también puede aislarse si realmente lo necesitas. He ejecutado SPI de 2 MHz 10 metros con controladores decentes, pero ir a una velocidad bastante lenta no será un problema.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Suponiendo que la conexión a tierra de su amplificador operacional y la conexión a tierra de su MCU son idénticas, este enfoque funcionaría. Si no, use un optoacoplador para impulsar el MOSFET. También puede agregar múltiples MOSFET paralelos (con líneas de control separadas) para obtener múltiples opciones de ganancia.

Yo diría que una mejor idea sería utilizar el optoaislador para controlar un interruptor CMOS, y usarlo para encender la resistencia. Poner un fototransistor en el bucle de esa manera puede tener resultados extraños.