Referencia de voltaje que puede conducir la corriente en ambos sentidos

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Estoy diseñando un dispositivo que en algún momento necesita un oscilador para funcionar. Todo el circuito es alimentado por una batería de 9 V. La etiqueta V20 corresponde a 20 V provenientes de un convertidor Boost cuya entrada está a 9 V de la batería, y su salida es de 20 V.

El oscilador que estoy deseando usar se puede ver en la siguiente imagen:

En el terminal con la etiqueta V10, necesito una buena referencia de 10 V. Primero pensé en conectar la batería directamente a ella (9 V no sería tan terrible), pero el problema es que me di cuenta de que la corriente puede No fluya en ambos sentidos a través de una batería y, en este diseño, la corriente debería poder hacerlo.

En pocas palabras, necesito poner una referencia de ~ 10 V en ese terminal de tal manera que la corriente pueda fluir de ambas formas en esa rama. Además, sería fantástico si la solución fuera lo más simple posible (es decir, una pequeña cantidad de componentes). ¿Hay alguna manera de lograr esto?

    
pregunta Tendero

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Puede basar su diseño en esta pregunta y sus respuestas. En resumen, reemplace la resistencia R22 por dos resistencias de igual valor 1K, una de ellas conectada a 0v, la otra conectada a 20v.

(si, en otros elementos del circuito, también necesita la base virtual, esta referencia explica varios métodos para crear uno) .

El circuito es:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Análisis:

\ $ V_o \ $ tendremos una onda rectangular (ideal amplificador operacional), con nivel bajo 0v y nivel alto \ $ V_ {cc} \ $. Si analizamos el voltaje en \ $ V _ + \ $ tenemos:

simular este circuito

que significa:

$$ 0 = \ frac {V_ {cc} -V _ +} {R_4} + \ frac {V_o-V _ +} {R_2} + \ frac {0-V _ +} {R_3} = \\ V_ {cc} / R_4 + V_o / R_2-V _ + (1 / R_2 + 1 / R_3 + 1 / R_4) $$ Deje que \ $ V_H \ $ el valor de \ $ V _ + \ $ cuando \ $ V_o \ $ esté en su alto nivel \ $ V_ {cc} \ $. Defina \ $ V_L \ $ el valor de \ $ V _ + \ $ cuando \ $ V_o \ $ se encuentra en su nivel bajo 0v:

$$ V_H = V_ {cc} ~ \ frac {1 / R_2 + 1 / R_4} {1 / R_2 + 1 / R_3 + 1 / R_4} \\ V_L = V_ {cc} ~ \ frac {1 / R_4} {1 / R_2 + 1 / R_3 + 1 / R_4} $$

Ahora, el análisis de \ $ V _- \ $.

simular este circuito

Cuando \ $ V_ {cc} \ $ salta de bajo a alto, \ $ V _- \ $ va de \ $ V_L \ $ a \ $ V_H \ $, cargando C a través de \ $ R_1 \ $ desde \ $ V_o = V_ {cc} \ $ y alcanzar el nivel alto en un tiempo \ $ T_H \ $; cuando \ $ V_ {cc} \ $ está en un nivel bajo, va de \ $ V_H \ $ a \ $ V_L \ $. Las ecuaciones son (ver al final de esta explicación para la demostración del exponencial).

$$ V _- (t) ~ = ~ (V_ {cc} -V_L) ~ (1 ~ - ~ e ^ {- t / R_1 C}) + V_L \\ \ frac {V_H-V_L} {V_ {cc} -V_L} = 1 - e ^ {- T_H / R_1 C} $$

por lo tanto

$$ T_H = - R_1 ~ C ~ ln \ frac {V_ {cc} -V_H} {V_ {cc} -V_L} = \\ R_1 ~ C ~ ln (1 + R_3 / R_2) $$

Cuando \ $ V_ {cc} \ $ salta de alto a bajo, \ $ V _- \ $ va de \ $ V_H \ $ a \ $ V_L \ $, descargando C a través de \ $ R_1 \ $ y alcanzando un nivel bajo en un tiempo \ $ T_L \ $ dado por:

$$ V _ {-} (t) ~ = ~ (0-V_H) ~ (1 ~ - ~ e ^ {- t / R_1 C}) + V_H \\ \ frac {V_L} {V_H} = e ^ {- T_L / R_1 C} $$

por lo tanto

$$ T_L = - R_1 ~ C ~ ln \ frac {V_L} {V_H} = \\ R_1 ~ C ~ ln (1 + R_4 / R_2) $$

tenga en cuenta que \ $ T_H \ $ y \ $ T_L \ $ están controlados principalmente por \ $ R_4 \ $ y \ $ R_3 \ $. Seleccionando valores apropiados, o usando una resistencia variable para reemplazar \ $ R_4 \ $ y \ $ R_3 \ $, es posible crear un PWM (modulador de onda de pulso).

En un caso habitual \ $ R_2 \ $ = \ $ R_3 \ $ = \ $ R_4 \ $, el período de la ola será:

$$ T = T_H + T_L = 2 ~ R_1 ~ C ~ ln 2 = 1.39 ~ R_1 ~ C \\ f = 0.72 / {(R_1 ~ C)} $$

Anexo, demostración de ecuaciones exponenciales utilizadas en esta respuesta, basada en la transformada de Laplace:

En la etapa de carga, \ $ V_o (t) = V_ {cc} ~ u (t) \ $:

$$ V _- (s) ~ = ~ V_o (s) ~ \ frac {1 / R} {1 / R + Cs} ~ = ~ \ frac {V_ {cc}} {s (1 + RCs)} \\ V _- (t) ~ = ~ (V_ {cc} -V_L) ~ (1 ~ - ~ e ^ {- t / RC}) + V_L $$

En la etapa de descarga, \ $ V_o (t) = V_ {cc} ~ (1-u (t)) \ $.

    
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