Amplificar 0 a 3.3V de entrada a +/- 3.3V

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Estoy trabajando en la modificación de una placa, mientras revisaba su diseño esquemático, encontré una sección en la que una salida DAC en el rango de [0, + 3.3V], que supuestamente se gana a +/- 3.3V rango, ver extracto a continuación:

U24 es un DAC AD5662, con VDD y Vref a + 3.3V.

U25D es un opamp OPA4170, con suministro a +/- 3.3V. Está en una configuración no inversora. La función de transferencia se deriva de:

$$ V _ {+} = \ frac {1} {2} (V_ {out} -3.3) $$, así que $$ V_ {out} = 2V _ {+} + 3.3 $$

Dos cosas que no tienen sentido para mí:

  1. El rango de entrada de 0 a + 3.3V se amplificaría a [+ 3.3v, 9.9V] de acuerdo con esta función de transferencia, ya que la alimentación positiva es solo de + 3.3V, lo que resultaría en que Vout sea constantemente en el ferrocarril.

  2. Dado que el voltaje de entrada es siempre positivo, ¿cómo puede ser negativa la salida del opamp?

Creo que esto es probablemente un error y que el lado izquierdo de R61 debe estar conectado a -3.3V, lo que resulta en una función de transferencia $$ V_ {out} = 2V _ {+} - 3.3 $$, lo que trabajar como se anuncia.

Sin embargo, la placa de producción sí sigue el esquema, y el opamp convierte un Vout estrictamente positivo (sinusoide con desplazamiento) del DAC a una señal centrada en cero. Esto no me sorprendería si la salida DAC está acoplada capacitivamente al opamp. Pero R57 y C51 actúan como un filtro de paso bajo, por lo que estoy un poco perplejo aquí.

Claramente, el diseño de esta placa funciona como se anuncia, pero no tiene sentido para mí por qué. ¿Alguien puede señalar dónde estoy cometiendo errores en mi análisis?

Editar: Parece que cometí un error bastante tonto en mi derivación de la función de transferencia, debería ser $$ V _ {+} = \ frac {1} {2} (V_ {out} -3.3) + 3.3 $$ a la cuenta para el potencial del divisor de voltaje como compensación de 3.3 en lugar de tierra.

Gracias a todos por la ayuda, me gustaría poder marcar la solución de todos.

    
pregunta Asy

4 respuestas

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El voltaje de entrada para R61 es correcto. El voltaje en el pin V será el promedio de Vout y 3,3 V porque R60 y R61 son iguales. En el caso de que V + esté en 0V, V- también debe ser conducido a 0V. La tensión de salida que satisface este requisito es de -3.3V. La ecuación para V- es \ begin {align} V_- = \ frac 12 * (V_ {out} + 3.3V) \ end {align} La función de transferencia es entonces \ begin {align} V_ {out} = 2V _ + - 3.3V \ end {align} como dices tiene que ser.

    
respondido por el Alex
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Es más fácil si piensa en el circuito como una configuración inversa

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El voltaje en R1 es 3.3 - V2, por lo que la salida es $$ V_O = 3.3 - 2 (3.3-V2) = -3.3 + 2V2 $$ Tenga en cuenta que para que esto sea exacto, 3.3 debe ser Muy acertadamente emparejado con la referencia 3.3 del DAC. Cualquier desajuste resultará en un cambio de cero.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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Realmente no sé qué más poner en esta sección. Foo bar.

$$ \ frac {3.3V - V _ +} {10k} = \ frac {V_ + - V_ {out}} {10k} $$

$$ 3.3V + V_ {out} = 2V_ + $$

Respuesta negativa, entonces V + = Vin

$$ Vout = 2_ {Vin} - 3.3V $$

Vin = 0, Vout -3.3V Vin = 3.3, Vout = 3.3V

    
respondido por el efox29
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Es posible que el diseño original haya requerido solo una salida de polaridad, por lo que U25 actúa como un comparador. El comportamiento de este circuito está determinado por R61. Si estuviera conectado a + 3.3v, el amplificador operacional habría puesto -3.3v para mantener su entrada (-) a cero voltios, o si la entrada (+) fuera por encima de cero, el op-amp emitiría + 3.3v, así que cambiaría los voltajes de salida.

1) Si R61 está conectado a GND, la ganancia es 2, lo que significa que el DAC será dos veces más sensible al voltaje de entrada, pero también significa que U250 se saturará más rápido, pero es un amplificador con una ganancia de 2, no un comparador.

2) Si se omite R61, entonces la ganancia es la unidad, actuando como un búfer para el DAC, pero es un amplificador con una ganancia de 1, no es un comparador.

3) Si la potencia del amplificador operacional fuera de +/- 15 voltios, no cambiaría mucho en términos de su comportamiento, solo la salida, porque Vo - 2 (15 - V2 ) = -15 + 2V2. V2 solo depende de la salida DAC, y se define mejor como V2, o cero voltios (para mayor claridad).

    
respondido por el Sparky256

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