Diseñe un circuito que apague la salida entre dos niveles de voltaje de entrada

Eche un vistazo a diodos Zener para proporcionar las referencias de +5 y -3 V. Puede organizarlos para restar de la tensión de entrada. Por ejemplo, se puede usar un generador de 5 V para crear (Vin - 5).

Después de restar las compensaciones de 5 V y 3 V, puede usar divisores de resistencia para obtener cualquier pendiente < 1.

Añadido:

Ha pasado bastante tiempo y el OP aparentemente se ha verificado, así que aquí está la respuesta:

AquíD3yD4sondiodosideales.Sirealmentequiereconstruiresto,entoncesusealgocomo1N4148paraD3yD4,yreduzcalosvoltajesZenerunos600mVparacompensarlascaídasdediodos.

AñadidoenrespuestaaloscomentariosdeEMFields

ElOPsolicitóelcambioen"exactamente" -3 y +5 V. Eso no es ninguna especificación. Si realmente quiso decir exactamente , entonces ningún circuito es suficiente. Dado que todo por necesidad violará esa especificación, no tenemos forma de saber hasta qué punto está bien. No sabes si unos 100 mV son lo suficientemente buenos o no. Una vez más, "exactamente" es una especificación sin sentido, por lo que solo se puede ignorar.

A tu segundo punto, creo que estás interpretando el gráfico incorrectamente. La gráfica es bastante clara en cuanto a que Vout debería ser 0 para Vin de -3 a +5 voltios. Específicamente, aquí está la función descrita por el gráfico y que el circuito anterior se da cuenta:

Vout = Vin + 3 (Vin < 3)
Vout = 0 (-3 < = Vin < = 5)
Vout = (Vin - 5) / 2 (Vin > 5)

Dice que el dibujo del OP está mal, pero no veo cómo puede saberlo ya que es la única especificación que tenemos, y está bastante claro por sí mismo.

Este tipo de pregunta normalmente surge en una clase de teoría de circuitos, donde podemos pretender que existen cosas como los amplificadores operacionales ideales y los diodos ideales. Como no ha dicho lo contrario, asumiré que ese es el contexto de su pregunta.

Si bien no le hará daño saber qué es un comparador de ventanas (mencionado por varias personas en los comentarios) es probable que esa no sea la solución que su instructor está buscando.

Algo más como esto puede ser un elemento esencial en una respuesta que probablemente satisfaga a su instructor:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

D2 y D3 son diodos zener. Dependiendo de dónde se encuentre en su curso, podría esperarse que coloque fuentes de voltaje ideales en estas ubicaciones en lugar de diodos Zener.

D1 y D4 son diodos ideales (tensión directa 0). Están allí para evitar que los zeners conduzcan del ánodo al cátodo (o para evitar que la corriente se realice de manera "incorrecta" si ha sustituido las fuentes de voltaje por los zeners).

OA1 es un amplificador operacional ideal. En particular, este amplificador operacional no tiene límites en el voltaje de entrada o salida debido a su voltaje de suministro finito.

Puede ver que en esta solución, no hace nada especial para suprimir la salida cuando el voltaje de entrada está cerca de cero. Simplemente ordena que no se produzca salida hasta que el voltaje de entrada exceda algún umbral en la dirección negativa o positiva.

Si tu instructor espera que uses opamps, entonces úsalos como comparadores.

A continuación hay un circuito que usa comparadores para hacer lo que quieres, pero puedes sustituir fácilmente a opamps. Así es como funciona:

V1 es la fuente de alimentación de 10 voltios y V2 es la señal de entrada y, al no tener información de lo contrario, asumí, por el bien del argumento, que V2 puede variar de - 10 voltios a +10 voltios.

U1A y U1B son los dos comparadores que comprenden un LT1018, y sus entradas no pueden ir a más de 300 milivoltios bajo tierra, por lo que si se usa un suministro de 10 voltios para V1, entonces con R4 y R5 ambos son iguales a 10k , cuando V2 está a -10 voltios, el voltaje en la unión R4-R5 será de cero voltios.

Luego, dado que V2 solo puede ser más positivo que -10 voltios, se evita el problema de conducir las entradas de los comparadores por debajo del suelo cuando V2 es negativo.

A continuación, se deben determinar los puntos de conmutación, y serán los voltajes en la unión R4-R5 (V4) cuando V2 sea igual a menos 3 voltios y cuando sea igual a 5 voltios.

Para encontrarlos podemos escribir:

$$ V4 = \ frac {(V1-V2) \ veces R5} {R4 + R5} + V2 $$

Entonces, con V2 igual a menos 3 voltios tendremos:

$$ V4 = \ frac {(V1-V2) \ times R5} {R4 + R5} + V2 = \ frac {13V \ times 10k \ Omega} {20k \ Omega} -3V = 3.5 \ text {voltios } $$

De manera similar, cuando V2 es igual a 5 voltios, V4 será igual a 7.5 voltios

Para generar estos voltajes, usamos la cadena de resistencias R1, R2, R3 como divisor de tensión, forzamos arbitrariamente 1 miliamperio a través de ella, y seleccionamos las resistencias para obtener los voltajes de punto de disparo que necesitamos para U1A y U1B.

Dado que V1 es de 10 voltios y necesitamos 7.5 voltios para nuestro punto de disparo alto, R1 necesita disminuir la diferencia, 2.5 voltios, con 1 miliamperio a través de R1. Usando la ley de Ohm podemos escribir:

$$ R1 = \ frac {V1-7.5V} {1mA} = 2500 \ text {ohms} $$

Seleccionando el valor E96 más cercano, elegiremos 2490 ohms para R1

Con la parte inferior de R1 a 7,5 voltios y nuestro próximo punto de conmutación a 3,5 voltios, tendremos que reducir 4 voltios a través de R2, y con 1 miliamperio a través de él, el valor E96 más cercano a 4000 ohmios será 4020 ohmios.

Finalmente, con los restantes 3,5 voltios que quedan por caer sobre R3, el valor E96 más cercano a 3500 ohmios será de 3480 ohmios.

Ahora, cuando V2 pasa de -10 a +10 voltios, cuando comienza, U1B + será más positivo que U1b-, lo que forzará la salida de U1B. Eso encenderá S2, conectando V2 a R10. Además, dado que U1A + será menos positivo que U1A-, la salida de U1A será forzada a baja, desactivando S1.

Este estado de cosas continuará hasta que V2 sea más positivo que -3 voltios, en cuyo punto U1B- será más positivo que U1B +, lo que forzará la salida de U1B a un nivel bajo y apagará S2. En este punto, tanto S1 como S2 se apagarán, y Vout se bajará a tierra a través de R10.

A medida que V2 continúa siendo cada vez más positivo, eventualmente llegará a 5 voltios, momento en el que U1A + será más positivo que U1A y la salida de U1A aumentará, lo que activará S1 y conectará la unión de R8 y R9 a U2 +.

Como V2 y V3 vill ahora estarán a 5 voltios, U2 + también estará a +5 voltios, y dado que U2 es un seguidor de voltaje de ganancia unitaria, su salida estará a 5 voltios, que se conectará a R10 a través de El ahora cerrado S2.

R8 y R9 comprenden un divisor de tensión 2: 1 porque R8 y R9 tienen resistencias iguales, y con su toma conectada a U2 +, cuando V2 sube por encima de 5 voltios, la tensión en U2 + aumentará a la mitad de esa velocidad, cumpliendo el requisito para la pendiente en Vout por encima de 5 voltios.

Entonces, el resultado de todo esto es que V2 se conectará a R8 a partir del momento en que V2 esté entre -10 voltios y -3 voltios. Después de eso, cuando V2 se vuelve más positivo que -3 voltios, R8 se desconectará de V2 y Vout se ajustará a cero voltios hasta que V2 llegue a 5 voltios, cuando R8 se conectará a la salida de U2 y se ajustará a +5 voltios . A partir de entonces, V2 permanecerá conectado a la salida de U2 mientras V2 se mantenga más positivo que 5 voltios.

El esquema sigue, y si quieres jugar con el circuito, Aquí está el archivo .asc de LTspice para que pueda simularlo.