Opción de amplificador de onda cuadrada o rectangular asimétrica

Introducción

Realmente no había considerado esto antes y ahora que he pensado un poco más, creo que en realidad es más fácil de lo que sugerí en los comentarios. Podría ir con una resistencia en serie adicional a la salida, como sugerí. O los enfoques que también se han agregado aquí (una consecuencia de lo que antes pensaba).

Pero no es necesario.

Idea básica

Aquí está la idea básica (supongo que usará un operador de entrada / salida de riel a riel como el LT1800, por ejemplo):

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Para obtener un ciclo de trabajo de \ $ \ frac13 \ $ rd, desea que la corriente promedio (media) esté en \ $ R_4 \ $ para ser el doble cuando la salida del opamp es HIGH que cuando la salida del opamp es BAJO . En efecto, esto significa que la diferencia entre el \ $ V _ {\ text {OUT} _ \ text {HIGH}} \ $ del opamp y el promedio de \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ $ y \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} \ $ debe ser el doble de la diferencia entre el V _ {\ text {OUT} _ \ text {LOW}} \ $ y el promedio de \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ $ y \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} \ $ .

O,

$$ V _ {\ text {OUT} _ \ text {HIGH}} - \ frac {V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} + V_ { \ text {H} _ \ text {HIGH}}} {2} = 2 \ cdot \ left (\ frac {V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} + V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}}} {2} -V _ {\ text {OUT} _ \ text {LOW}} \ right) $$

Desde \ $ V _ {\ text {OUT} _ \ text {LOW}} = 0 \: \ text {V} \ $ y \ $ V _ {\ text {OUT} _ \ text {HIGH}} = V_ \ text {CC} \ $ para cualquier circuito similar, independientemente de \ $ V_ \ text {CC} \ $ , se deduce que:

$$ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} + V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} = \ frac23 \: V_ \ text {CC} $$

También deberías poder resolver las siguientes dos ecuaciones:

$$ \ begin {align *} V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} & = V_ \ text {CC} \ frac {R_2 \: R_3} {R_1 \: R_2 + R_1 \: R_3 + R_2 \: R_3} \\\ \ V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} & = V_ \ text {CC} \ frac {R_2 \: \ left (R_1 + R_3 \ right)} {R_1 \: R_2 + R_1 \: R_3 + R_2 \: R_3} \ end {align *} $$

Sabiendo todo lo anterior, puede elegir especificar \ $ R_3 \ $ y \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ $ y luego resuelva los detalles para los valores requeridos de \ $ R_1 \ $ y \ $ R_2 \ $ (y, obviamente, el \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} resultante $ , también.)

Addendum

Como ya pasó un tiempo, proporcionaré algunas ecuaciones:

$$ \ begin {align *} R_1 & = 2 \: R_3 \ cdot \ frac {V_ \ text {CC} - 3 \: V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}}} {3 \: V _ {\ text {H} _ \ texto {LOW}}} \\\\ R_2 & = 2 \: R_3 \ cdot \ frac {V_ \ text {CC} - 3 \: V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}}} {V_ \ text {CC} + 3 \: V_ { \ text {H} _ \ text {LOW}}} \\\\ V _ {\ text {H} _ \ text {HIGH}} & = \ frac23 \: V_ \ text {CC} - V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ end {align *} $$

A partir de estos, es fácil ver que \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ lt \ frac {V_ \ text {CC}} {3} \ $ . Por lo tanto, sus opciones para \ $ V _ {\ text {H} _ \ text {LOW}} \ $ están restringidas.

  

pero el problema es que debido a que Vsat- es igual a cero, el capacitor   no se descargará a 0 y he investigado mucho sobre el tema y   no puedo encontrar nada.

Su problema es, como usted dice, el hecho de que la tapa nunca se descarga a cero. Lo que ha pasado por alto es que todos los ejemplos que ha visto esperan un amplificador operacional con voltajes de fuente de alimentación más y menos, por lo que Vsat será negativo, lo que descargará el límite por debajo del - voltaje de umbral.

Puedes manejar esto de dos maneras

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Puedes hacer R9 y R10 de dos maneras. En primer lugar, como he mostrado, hágalos mucho más pequeños que R8, o selecciónelos para que su resistencia equivalente de Thevenin sea igual a R8 y elimine R8 por completo.

En primer lugar, permítame saltar directamente a la solución:

Elesquemailustralatopologíadeloscilador.ElúnicocomponenteagregadoasuredoriginalfueR3.Elvaloryelamplificadoroperacionalqueelegísonarbitrariosyaqueseusaparailustrarlaidea.EltrazadodelaformadeondacapturadaenVout,V-yV+.

Ahora,echemosunvistazomásdecercaalcircuitoyanalicemoscómofunciona.LoprimeroquehayquetenerencuentaesqueesteNOesuncircuitoderetroalimentaciónnegativa.Lastécnicasdecortovirtual/abierto,ogananciaderetroalimentaciónnoseaplicaránaquí.

Echeunvistazoalasdosredesacontinuación:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La diferencia es la polaridad del amplificador operacional. El lado derecho es un amplificador de ganancia-2 porque tiene retroalimentación negativa, mientras que el izquierdo es un comparador con histéresis.

Como desea un oscilador, el circuito del lado izquierdo es lo que necesita. Imagina Los barridos de vin de bajo a alto, al principio, V- < V + y V + = Vdd * R1 / (R1 + R2). Este es el umbral de flanco ascendente del comparador.

Una vez que Vin cruce este umbral, Vout del amplificador operacional bajará a Vee, obteniendo V + = Vee * R2 / (R1 + R2) (tenga en cuenta que Vee es un valor negativo). Este es el umbral del flanco descendente.

Si Vin comienza a barrer de alto a bajo, Vout no cambiará hasta que Vin esté por debajo del umbral de caída.

Con esto en mente, volvamos al circuito en nuestra solución. R1, R2 y R3 establecen los umbrales ascendente y descendente:

El umbral ascendente V_rise = Vdd * R1 / [R1 + (R3 // R2)] El umbral descendente V_fall = Vdd * (R1 // R2) / [R3 + (R1 // R2)] (Esto supone que el amplificador operacional es ideal y que tiene un giro de riel a riel)

Por lo tanto, V_rise > V_fall. En su circuito original, el R3 = + inf. (circuito abierto) V_fall = 0. Por lo tanto, no puede oscilar.

La frecuencia de conmutación se puede ajustar mediante la constante de tiempo RC formada por R4 y C1. Elija R4 según la capacidad de conducción del amplificador operacional y C1 según la frecuencia.

Al cambiar la relación entre R3 y R1 se ajusta el ciclo de trabajo de la red. Un R3 / R1 más grande producirá un círculo de trabajo más grande. En su circuito original, R3 / R1 = + inf. Por lo tanto, su círculo de trabajo es del 100% y el circuito no osciló. Ese es otro punto de vista para ver por qué su circuito no funcionó.

Una cosa que hay que tener en cuenta es que la frecuencia de oscilación y el ciclo de trabajo de esta red no están desacoplados. Eso significa que cada vez que cambie R1, R2 y R3, debe cambiar C1 nuevamente para obtener la frecuencia anterior exacta.

El límite de valor bajo de R1, R2 y R3 debe seleccionarse de acuerdo con las restricciones de consumo de energía, mientras que el límite de valor alto es el ruido térmico.

Para lograr un buen rendimiento de jitter, la tapa de cerámica NP0 se puede utilizar para C1.

Finalmente, en la vida real, si la salida del amplificador operacional se usa como salida de tu reloj, es poco probable (pero no imposible) que obtengas un cambio de voltaje de carril a carril. Esto se puede resolver fácilmente agregando un inversor después de Vout.

Además, el mismo oscilador se puede lograr reemplazando el op-amp y R1 ~ R3 con un solo inversor de activación schmitt: una solución mucho más barata y más simple.

Espero que esto responda a tu pregunta.