การประมวลผลสัญญาณด้วยแอมป์ Op

ฉันได้รับมอบหมายให้ทำซ้ำสัญญาณต่อไปนี้

ใช้เฉพาะ Op Amps (และตัวต้านทาน)

ฉันค่อนข้างแน่ใจว่าฉันจะต้องเพิ่มสัญญาณสองสัญญาณคือรูปคลื่นและรูปสามเหลี่ยมมันเป็นเรื่องยากมากที่จะหาวิธีบิดสัญญาณจาก -8V ถึง 0V

ฉันพยายามรับฟังก์ชั่นการถ่ายโอนตามสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยม V2 (-6V ขั้นต่ำถึง 0V สูงสุด, freq = 1Hz) และรูปคลื่น wave tringular V1 (0V ต่ำสุด, 2V สูงสุด, freq = 1Hz) ด้วยสิ่งนี้ฉันได้รับ เอาท์พุทดังต่อไปนี้ Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

ซึ่งตรงกับตารางต่อไปนี้ยกเว้น AT POINT V1 = 0, V2 = 0

    V1  V2   V0
    2   -6   8
    2   -6   4
    2    0  -8
    0    0  -4   <---HERES THE PROBLEM ! (Should be zero)
    0   -6   8

ฉันจะทำอย่างไร

ทั้งสี่เหลี่ยมจตุรัสและสามเหลี่ยมนั้นเป็นสัญญาณอินพุตวงจรไม่ได้สร้างเพียงแค่ประมวลผลเพื่อให้เป็นสัญญาณที่แสดงในรูป มันมีไว้สำหรับโครงการดังนั้นมันจึงเป็นการบ้านและฉันกำลังทำงานอย่างหนักในตอนนี้ ทั้งแอมพลิจูดและโดเมนเวลามีความสำคัญเท่าเทียมกัน

ความชันเชิงบวกของคลื่นรูปสามเหลี่ยมต้องการความได้สองเท่าของความชันเชิงลบซึ่งไม่สามารถทำได้ในวงจรแอมป์และวงจรตัวต้านทานโดยไม่มีการหลอกลวง:

สัญญาณ s1 = สามเหลี่ยมคลื่น, 0 V ถึง +4 V
สัญญาณ s2 = คลื่นสี่เหลี่ยม, 0 V ถึง +12 V
สัญญาณ s3 = s1 / 2 + s2 / 2, 0 V ถึง +8 V

$\pm$

$\times$

แผนผังเพียง 2 opamps และ 9 ตัวต้านทาน:

อีกตัวเลือกหนึ่งคือวงจรนี้ซึ่งใช้ opamps ในจำนวนเดียวกันกับ Stevens แต่ทำงานแตกต่างกันเล็กน้อย
มันขึ้นอยู่กับกำไรที่แตกต่างกันสำหรับการแกว่งในทางบวก / ลบ (ทำได้ด้วยไดโอดในวงจรป้อนกลับ)
R2, R5 และ R11 ลดทอนและเปลี่ยนสัญญาณ -6V-0V เป็น -2V-2V ในขณะที่แสดงอิมพีแดนซ์1kΩเป็น opamp อินพุต R7 และ R8 คือการตั้งค่าต่าง ๆ ที่ได้รับสำหรับการแกว่งทางบวก / ลบ
ส่วนประกอบทั้งสอง (postive / negative tapped จากจุด "POS" และ "NEG") ของสัญญาณสุดท้ายจะถูกรวมเข้าด้วยกันและกลับด้านโดย opamp U2 และคุณมีสัญญาณเอาต์พุต

จำลอง:

คุณสามารถดูสัญญาณอินพุต (สีน้ำเงิน / แดง) และสัญญาณเอาต์พุต (สีเขียว) ในกราฟด้านบน ที่ด้านล่างคุณจะเห็นองค์ประกอบบวกและลบ (ชมพู / ฟ้าอ่อน) ซึ่งสรุปโดย U2

แก้ไข - ดังนั้นไม่มีไดโอดแล้ว?

เพื่อความสนุกและเพื่อให้อยู่ในขอบเขตที่ จำกัด นี่คือวงจรเดียวกัน แต่ใช้ opamp ที่มีไดโอดป้องกันอินพุตแทน ;-)

และนี่คือการจำลอง:

ฉันรวมกระแสผ่านอินพุตของ opamp เพื่อแสดงการทำงานของไดโอด เอาต์พุตจะเหมือนกับวงจรแรก ในทางทฤษฎีสิ่งนี้ควรทำงานกับ opamp ใด ๆ ที่มีไดโอดแบบ จำกัด กระแสกับการป้องกันอินพุตของรถไฟ

สิ่งที่ทำให้ปัญหานี้ยุ่งยากคือคุณไม่เพียงแค่มีผลรวมของคลื่นสามเหลี่ยมและคลื่นสี่เหลี่ยม ขั้นตอนเชิงลบของคลื่นสี่เหลี่ยมคือ -12 V แต่ขั้นตอนเชิงบวกเพียง 8 V

การพยายามสร้างสัญญาณสุดท้ายเป็นสัญญาณหลาย ๆ สัญญาณตามที่ Steven และ Oli แนะนำนั้นถูกต้องสมบูรณ์และในความเป็นจริงอาจเป็นคำตอบที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตามนี่คือวิธีอื่นในการคิดเกี่ยวกับปัญหานี้

พิจารณาตัวเก็บประจุที่สามารถชาร์จและคายประจุด้วยกระแสคงที่และยังสามารถถูกหนีบสูงและต่ำ "ทันที" ถึง +8 และ -8 โวลต์ เพื่อเลือกบางอย่างลองใช้ตัวเก็บประจุ 10 nF เช่นกัน หากต้องการคายประจุโดย 4 V ใน 1 ms จะต้องมี -40 µA ในการชาร์จ 8 V ใน 1 ms จะต้องมี +80 µA คุณสามารถมีแหล่งข้อมูลไมโครแอมป์ -40 และ +80 แยกต่างหากซึ่งเปิดใช้งานในเวลาที่เหมาะสม อย่างไรก็ตามอาจเป็นเรื่องง่ายกว่าที่จะมีแหล่งกำเนิด -40 µA คงที่และแหล่งที่มาที่สามารถเปลี่ยนได้ +120 µA

ทุกอย่างสามารถขับเคลื่อนจากคลื่นสี่เหลี่ยม 500 Hz แหล่งจ่ายกระแส 120 µA เปิดใช้งานเมื่อคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นบวก (ระหว่าง 1-2 ms และ 3-4 ms ในไดอะแกรมของคุณ) ตัวหนีบด้านข้างต่ำเปิดใช้งานเป็นระยะเวลาสั้น ๆ จากขอบที่เพิ่มขึ้นของคลื่นสี่เหลี่ยมและตัวหนีบกว้างสูงจากขอบตก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าถูกรีเซ็ตเป็นหนึ่งในข้อ จำกัด ของแคลมป์หนึ่งครั้งต่อมิลลิวินาทีวิธีนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงการหลบหนีหากขั้นตอนและทางลาดไม่เพิ่มขึ้นเป็นศูนย์ต่อรอบอย่างแน่นอน

นี่ไม่ใช่แผนผังเพียงแผนผังของแนวคิดทั่วไป ฉันมีทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP สำหรับตัวหนีบเท่านั้นเพื่อแสดงแนวคิดทั่วไป จะมีความต้องการมากขึ้นเช่นไดโอดและ / หรือตัวต้านทานเพื่อตั้งค่า C2 และ C3 ในเวลาสำหรับการใช้งานต่อไปหากใช้ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์จริง สามารถสร้างแหล่งที่มาปัจจุบันด้วย opamps และมีหลายวิธีในการเปิดและปิด

อีกครั้งนี่เป็นแนวคิดเท่านั้นโดยมีรายละเอียดเหลือเป็นแบบฝึกหัด อย่างไรก็ตามฉันคิดว่ามันสามารถใช้งานได้ขึ้นอยู่กับหลาย ๆ สิ่งที่คุณไม่ได้บอกเราเช่นความถูกต้องไดรฟ์ส่งออกความเร็วของขอบ ฯลฯ ฉันสามารถระบุรายละเอียดเพิ่มเติมได้หากนี่เป็นทิศทางที่คุณสนใจ

สิ่งที่เกี่ยวกับการเพิ่มอ็อฟเซ็ตลงในคลื่นสี่เหลี่ยมเพื่อทำให้มันไม่สมมาตรจากนั้นจึงรวมเข้ากับแอมป์สหกรณ์และลบมันออกจากคลื่นสี่เหลี่ยมดั้งเดิม ฉันไม่สามารถทำงานออกมาได้ แต่มันให้ความรู้สึกเหมือนเป็นแนวทางที่ปฏิบัติได้