Cambio de las resistencias de ganancia del amplificador operacional: ¿cómo?

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Dado el siguiente circuito:

¿Cuál es el componente / circuito que debo usar para cambiar la señal entre cada una de las resistencias de ganancia? (los ⊠s en el esquema)

Las entradas ID0 a ID2 son TTL (podría ser alta activa o baja activa, no me importa). La entrada IA0 es analógica \ $ \ pm 2.5V \ $, compensada por \ $ + 2.5V \ $ por el divisor de voltaje en la entrada no inversora del Op-Amp. La salida OA0 es la misma (desplazamiento).

Por lo tanto, la retroalimentación obviamente oscilará alrededor del campo virtual \ $ 0V \ $ (no estoy seguro de a qué equivaldría eso en este circuito) en ambas direcciones, por lo que debe manejarlo.

No quiero que el mecanismo de conmutación proporcione ninguna amplificación, y preferiblemente tenga la menor \ $ R_ {ON} \ $ posible.

No tengo ni idea de lo que debería usar para hacer este cambio. Si lo hace más fácil, podría fijar la resistencia de ganancia a un valor conocido y mover la conmutación a la resistencia de entrada inversora (no se muestra en el esquema).

    
pregunta Majenko

7 respuestas

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Lo primero que viene a la mente es conmutadores bilaterales como 74HC4066 . Tienen unas pocas decenas de ohmios de resistencia, pero eso probablemente no supondrá un gran problema si los valores de su resistencia de realimentación son lo suficientemente altos; de lo contrario, téngalos en cuenta y, por ejemplo, use una resistencia de 950 \ $ \ Omega \ $ en lugar de un 1k.
Estoy teniendo algunas reacciones negativas al respecto, pero solo quería hacer el mismo comentario que hace el endolito: si Matt puede usar una fuente de alimentación simétrica, el interruptor se puede colocar en el lado de la tierra virtual, y especialmente cuando se usa un alto resistencia de retroalimentación apenas habrá una caída de voltaje sobre ella, por lo que tampoco habrá distorsión. Si la resistencia de realimentación es 10k \ $ \ Omega \ $, entonces la resistencia del interruptor es solo 1/10 de la tolerancia en una resistencia E12 de 1 / 4W.
FakeName sugiere algunos dispositivos AD como mejores alternativas al 74HC4066. En particular, el ADG1401 que él menciona parece muy interesante, con un \ $ R_ {ON} \ $ < 2 \ $ \ Omega \ $. (Gracias, falso)
Parece que Matt ya encontró Maxim multiplexores analógicos , pero quiero incluir MAX4781 , que tiene un \ $ R_ {ON} \ $ similar, en caso de que otros estén interesados. El Intersil ISL84781 es un reemplazo pin-for-pin para el MAX4781, y tiene un máximo de $ R_ {ON} \ $ de 0.8 \ $ \ Omega \ $.

El equipo de audio de gama alta a veces usa relés de láminas aquí, que tienen las ventajas de un interruptor mecánico: m \ $ \ Omega \ $ resistencia cuando está activado, G \ $ \ Omega \ $ cuando está apagado .

edit2
Acabo de tener otra idea! :-) Se puede usar una OTA ( amplificador de transconductancia ) para hacer un VCA (Amplificador de Voltaje Controlado). Este utiliza un LM13700 :

Enlugardetenerunaseriedelíneasdecontroldigitalquecontrolanlosinterruptores,puedevariarlaamplificaciónconunvoltajeanalógico.DACpuedesertansimplecomolareddeescaleraR-2R.

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Otrasolucióntambiénhacequeelproblemasubadenivel,comoelOTA:realmentenodeseainterruptores,deseaunamplificadordegananciavariabley,porlotanto,laresistenciaderealimentacióndebeservariable.Aligualqueconunpotenciómetrodigital. Este tiene un rango de 100k \ $ \ Omega \ $ en 400 \ $ \ Omega \ $ pasos. Por supuesto, también puede elegir un rango más pequeño en combinación con una resistencia fija. El posible inconveniente aquí es que el limpiador tiene una resistencia bastante alta de 800 \ $ \ Omega \ $ (máximo), aunque esto solo significa que siempre tendrá los dos pasos más bajos.

    
respondido por el stevenvh
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Podría usar una resistencia ajustable I2C / SPI si desea que sea continuamente ajustable en lugar de pasos discretos. Analog Devices hace un montón de estos (yo enlazaría pero su sitio aparece abajo).

Si prefieres los pasos discretos, todo lo que necesitas es un multiplexor o decodificador 3 a 1, según cómo lo dispongas. Probablemente vendría como 4 a 1 y usas 2 entradas para controlarlo (no 3). Si puede proporcionar la respuesta de frecuencia necesaria, podría proporcionar una parte de ejemplo.

El problema con el uso de 3 interruptores discretos es que realmente solo necesitas 2 pines para controlar esto, no 3. Además, cuando hagas un cambio, es probable que haya algún "cruce" como resultado de que los interruptores no cambian todos exactamente al mismo tiempo. El resultado serán artefactos en la señal. Sin embargo, esto puede no ser importante para su aplicación.

    
respondido por el Mark
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Esto no se trata del cambio per se, voy a tomar su problema un nivel más arriba .
Lo que desea es un amplificador con amplificación variable, que desea realizar variando la resistencia de realimentación. Debido a que está trabajando el opamp con una sola fuente, modificó la entrada no inversora en la mitad de la fuente de alimentación. La entrada oscila entre -2.5V y + 2.5V, y (lo más probable) será cero si no se aplica ninguna señal.

¡El esquema que publicaste necesita algo de trabajo!

Primero, su circuito carece de una resistencia de entrada. Independientemente del voltaje que le suministre, la salida nunca podrá establecer la salida de manera que la entrada inversora sea igual a la no inversora. Entonces agregamos un \ $ R_ {IN} \ $. (edición: ahora veo que lo mencionas en el texto, así que en realidad estaba bien. Lo siento. Bueno, de todos modos es necesario.)

Pero todavía no estamos fuera de peligro. Tomemos la situación sin señal y asumamos un suministro de 10V. El opamp mantendrá la entrada inversora a 5 V regulando la salida. Si \ $ R_1 \ $ es igual a \ $ R_ {IN} \ $, el voltaje de salida será de 10 V, entonces esa es su línea positiva. Si aplica un voltaje de entrada, la mitad negativa se recortará (recuerde, el opamp invierte la señal). No solo eso, sino que un valor diferente para la resistencia de realimentación (que es lo que desea) dará como resultado otro voltaje de salida.

Hay varias maneras de solucionar esto. Acoplar la salida a través de un condensador en serie no sirve, recuerde el recorte. La mejor solución es utilizar una fuente de alimentación simétrica , para que pueda mantener la entrada no inversora a 0 V, y no obtendrá un desplazamiento en la salida. Ese es también el caso al que me referí en mi otra respuesta, donde el 74HC4066 estaría a 0 V, el otro lado muy cerca de eso, para que el interruptor no tenga la oportunidad de causar distorsión. Si no puede hacer eso, debe desviar la entrada de inversión a \ $ \ frac {V +} {2} \ $ también. La salida también girará alrededor de esta tierra virtual, aquí puede eliminar el desplazamiento con un condensador en serie. ¡Para obtener este sesgo en \ $ \ frac {V +} {2} \ $ usted no puede usar dos resistencias iguales, sin embargo!

El voltaje en la entrada inversora debe ser \ $ \ frac {V +} {2} \ $ si la entrada es 0V . Por lo tanto, la resistencia de entrada es efectivamente paralela a la resistencia inferior del divisor. Si selecciona \ $ R_ {LOWER} \ $ = \ $ R_ {IN} \ $, entonces \ $ R_ {HIGHER} \ $ debería ser la mitad de ese valor para obtener \ $ \ frac {V +} {2} \ $. El opamp debe configurar la salida para que ambas entradas permanezcan iguales, lo que significa que no debe cambiar nuestra tensión de entrada inversora. Solo puede hacerlo al no tener corriente a través del resistor de retroalimentación, y así es cuando \ $ V_ {OUT} \ $ es igual a la entrada de inversión.
La buena noticia es que, solo porque no hay corriente a través de la resistencia de realimentación, el valor de esta resistencia no importa para el sesgo, y que en realidad puede variarlo. (No habíamos comprobado aún si una resistencia de realimentación variable no cambiaría el sesgo).

    
respondido por el stevenvh
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La función para tus bloques es la de un 'interruptor analógico'; CD4016 es la parte común de SPST para esto, y hay muchas otras (según el rango) de tensiones y en los niveles lógicos). También hay muchos a uno Switches multiplexores que funcionarían (CD4053 es un ejemplo).

NO siempre desea operar sin comentarios, así que en lugar de tres interruptores, considere dejar el mayor valor de resistencia cableado y ajuste los otros valores de acuerdo con su requisito de ganancia.

    
respondido por el Whit3rd
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Puede usar una fotocélula / fotorresistor junto con un led y una resistencia con un anillo de plástico en un tubo de retracción. Tiene un rango desde unos pocos ohmios hasta más de 10Mhm. O un producto similar disponible con especificaciones conocidas.

    
respondido por el user924
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respuesta literal

El dispositivo indicado es un " interruptor analógico ", también llamado "interruptor analógico" o "interruptor bilateral".

Hay tres implementaciones populares, cada una con sus propios inconvenientes:

  • relés: lentos para cambiar, eventualmente se desgastan.
  • interruptores de audio CMOS: ancho de banda limitado; inyección de carga, alguna resistencia.
  • Conmutadores de video CMOS: resistencia relativamente alta

Si está manejando algún tipo de señal analógica de precisión de baja frecuencia, como el sonido de audio de alta fidelidad, querrá usar un interruptor con menos de 1 Ohm de resistencia. Tales como, en ningún orden particular:

  • Maxim IC MAX4310
  • Fairchild Semiconductor FSA5157
  • Dispositivos analógicos ADG804

Si está manejando una señal de alta frecuencia, como datos de video, se verá obligado a usar un interruptor con una resistencia de más de 1 Ohm, o quizás algo más que un simple interruptor de estado sólido. Tales como, en ningún orden particular:

  • Vishay Siliconix DG642
  • Texas Instruments TS5V330
  • Omron G6Z-1F-A-DC5
  • National Semiconductor LMH6574

configuraciones de circuitos ligeramente diferentes

Los primeros interruptores analógicos tenían resistencias de cientos de ohmios, y lo que es peor, las resistencias que variaban con la temperatura y el voltaje de la señal pasada, lo que dificulta la compensación. Varias personas han descubierto configuraciones de circuitos inteligentes de tal manera que la resistencia de encendido tuvo muy poco efecto incluso cuando se manejaban señales altamente precisas. Vea el esquema de la Figura 1 de Intersil AN1034: "Interruptor analógico y aplicaciones de multiplexor" , y la serie de esquemas que comienzan con la Figura 22 de Analog Devices MT-088: "Interruptores analógicos y Conceptos básicos sobre multiplexores ".

configuraciones de circuitos significativamente diferentes

(Moviendo la pregunta al meta-nivel: ¿qué estás tratando de hacer realmente?)

Parece que está intentando construir un amplificador de ganancia programable a partir de un chip de amplificador operacional y algunos conmutadores analógicos externos.

Esta es ciertamente una forma de construir un amplificador de ganancia programable (consulte las referencias anteriores y también Analog Devices CN0146: " Circuito del amplificador de instrumentación de ganancia programable de bajo costo mediante el interruptor ADG1611 Quad SPST y el amplificador de instrumentación AD620").

Como lo señaló stevenvh, existen otras formas de implementar un amplificador de ganancia programable, algunas de las cuales pueden ser superiores en su aplicación. ¿Quizás un amplificador de ganancia variable de un solo chip funcionaría igual de bien? Sin ningún orden en particular, algunos chips muy diferentes:

  • Texas Instruments VCA822
  • Texas Instruments TL026
  • Microchip MCP6S26
  • Dispositivos analógicos SSM2018
respondido por el davidcary
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Luché con esta misma pregunta al diseñar un filtro de cruce universal alrededor de los amplificadores operacionales que quería controlar de la misma manera. Tenía dos requisitos (i) un conmutador IC de Ron pasante y (ii) respetablemente bajo. Si bien los dispositivos SMD tienen Rons muy bajos, el segundo requisito redujo drásticamente las opciones. Mis candidatos finales fueron el ADG609 y el DG409. Este último tiene un rango de voltaje de alimentación más amplio pero un Ron mayor. Si quieres trabajar con suministros de 5V, el ADG609 es el ganador.

(PS: el proyecto de filtro que menciono se describe detalladamente, con esquemas, en "Un filtro activo universal de tiempo continuo", Linear Audio Vol. 1, páginas 77, abril de 2011. Puede ser una referencia útil para esta pregunta. )

    
respondido por el Ram

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