Planificación del circuito de integrador y derivador

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Tengo que planificar un circuito dado por la serie de un integrador y un circuito derivado. No he planeado un circuito antes, así que le pregunto si mi razonamiento es correcto.

La única condición que tengo que satisfacer es que la frecuencia angular que aplicaré a mi circuito debe estar en el rango de 1k rad / sy 10k rad / s.

La primera parte del circuito debe ser un integrador y la segunda un derivado.

Llamemos a \ $ R_1 \ $ la resistencia y \ $ C_1 \ $ la capacidad del integrador.

Llamemos a \ $ R_2 \ $ la resistencia y \ $ C_2 \ $ la capacidad del derivado.

Tengo que cumplir estas dos condiciones: \ $ \ omega_1 < < \ omega \ $ y \ $ 5 \ omega < < \ omega_2 \ $, donde \ $ \ omega_1 = \ frac {1} {R_1 C_1} \ $ y \ $ \ omega_2 = \ frac {1} {R_2 C_2} \ $

Considero \ $ \ omega_1 = \ frac {1} {10} \ omega \ $ por lo que su valor puede estar entre 100 y 1000 rad / s.

Si \ $ \ omega_1 = \ frac {1} {R_1 C_1} \ $ = 100 - > \ $ R_1 = \ frac {1} {\ omega_1 C_1} \ $ y, si \ $ C_1 = 47 * 10 ^ -9 \ $ F, \ $ R_1 = 2.1 * 10 ^ 5 \ Omega \ $

Si \ $ \ omega_1 = \ frac {1} {R_1 C_1} \ $ = 1000 - > \ $ R_1 = \ frac {1} {\ omega_1 C_1} \ $ y, si \ $ C_1 = 47 * 10 ^ -9 \ $ F, \ $ R_1 = 2.1 * 10 ^ 4 \ Omega \ $

Así que puedo elegir una resistencia entre 2.1 * 10 ^ 4 y 2.1 * 10 ^ 5 ohm.

Lo he elegido de tal manera que \ $ R_1 = 5 * 10 ^ 4 \ Omega \ $

Entonces \ $ \ omega_1 = \ frac {1} {R_1 C_1} = 4.25.5 \ $ rad / s

Y \ $ \ omega = 10 \ omega_1 = 4.25 * 10 ^ 3 \ $ rad / s.

Entonces, este es el procedimiento sobre la segunda condición:

\ $ 5 \ omega < < \ omega_2 \ $ - > \ $ 5 \ omega = \ frac {1} {10} \ omega_2 \ $ - > \ $ \ omega = \ frac {1} {50} \ omega_2 \ = \ frac {1} {50R_2C_2} \ $

Si elijo una capacidad de 47 nF, obtengo la segunda resistencia \ $ R_2 = 100 \ Omega \ $

¿Mi procedimiento es correcto? ¡Muchas gracias!

(La imagen del circuito es aquí )

    
pregunta sunrise

2 respuestas

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No estoy seguro de por qué ha derivado un rango de valores para R1 basado en dos valores diferentes de w1. Elija un valor de w1 que cumpla con los requisitos, es decir, 500 rad / s y calcule R1 basándose en que C1 es 47nF.

Haga lo mismo para R2 basado en (por ejemplo) w2 = 20,000 rad / seg. Reduciría el valor de la capacitancia en este circuito a algo como 10nF o 4.7nF (vea la letra pequeña a continuación)

En todos los demás aspectos, lo que has hecho es perfectamente bueno. Prefiero decidir primero los valores límite para la frecuencia y luego hacer un conjunto de cálculos.

Letra pequeña - Supongo que está utilizando amplificadores operacionales para crear un integrador y un diferenciador. Si es así, tenga en cuenta que el integrador requerirá una resistencia de realimentación de alto valor para mantener las condiciones de CC y detener el recorte de la salida del amplificador operacional contra el riel de suministro positivo o negativo. Este resistor de alto valor (1Mohm mínimo) tendrá un ligero efecto perjudicial si se trata de un verdadero integrador. Para el diferenciador también pondría una pequeña resistencia en serie con el condensador para evitar ruidos y otros problemas. Probablemente deba ser de unas pocas decenas de ohmios, incluso 10 ohmios.

Aquí hay una imagen de un circuito de paso bajo seguido de un circuito de paso alto. Tenga en cuenta que estos solo se aproximan a la integración y diferenciación: LatrazaazulsellamaVintyeslasalidadel"integrador". La traza roja es la salida de ambos circuitos juntos (en cascada). A propósito, he hecho que las impedancias R1 y C1 sean muy bajas para que el circuito diferencial conectado no "cargue" la salida demasiado. También he hecho un alto nivel de C2 y R2 para que no formen una gran carga para el circuito R1, C1.

Creo que si vas por 500 rad / sy 20,000 rad / s necesitarás R1 = 100R, C1 = 20uF, R2 = 51K y C2 = 1nF.

    
respondido por el Andy aka
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En términos más convencionales, su frecuencia de entrada es solo de 160 Hz a 1.6 kHz. No dijiste lo que quieres hacer con el resultado de estas diferenciaciones e integraciones, pero seguramente hay algo más abajo.

La respuesta obvia es ejecutar la señal en un microcontrolador y hacer todos los cálculos digitalmente. Eso no sufre de tolerancias parciales y puede mantener tantos bits como desee para evitar perder nada. Las señales pequeñas no captan más ruido relativo solo porque son pequeñas y no hay derivas a largo plazo.

Buscaría uno de los dsPIC de Microchip para esto. Podría obtener muestras de 12 bits a 10 veces la frecuencia más alta de interés, que es de 16 kHz en este caso. Un dsPIC 33F a 40 MHz de velocidad de instrucción puede ejecutar 2500 instrucciones por muestra. Eso es mucho. Eso permite muchas operaciones de punto fijo de 32 o 48 bits por muestra, mucho más de lo que necesita. Incluso podría realizar operaciones de punto flotante significativas en tantas instrucciones.

    
respondido por el Olin Lathrop

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