AC-Analyse einer Schaltung mit variablen Widerständen

Ich habe ein Problem bezüglich der AC-Analyse einer einfachen Schaltung mit variablen Widerständen (jeder variable Widerstand ist ein Drucksensor). Ich bin mir sicher, dass dies ganz einfach ist, aber ich habe noch nie mit variablen Netzwerken gearbeitet und kann keine Antworten finden, indem ich im Internet suche.

Variable Widerstände Schaltung

Ziel

R1, R2, R3 und R4 sind variable Widerstände, die jeweils einem Drucksensor entsprechen. Ihr Widerstand variiert mit dem ausgeübten Druck, was ein stochastischer Prozess ist (Trackinf des Handdrucks). Mein Ziel ist es, dank der mehreren Druckbereiche den Druck entlang des Sensors in 1D zu verfolgen.

Ich weiß, dass die Schaltung schlecht ist, schlechte Dynamik usw., aber ich brauche eine sehr kompakte und billige Schaltung, die den Wert der Widerstände R1 bis R4 durch Messen der Ausgangsspannungen über einen ADC finden kann. Der einfachste Weg, den ich gefunden habe, ist dieser, bei dem ich gleiche Widerstände R zwischen die Masse- / Leistungsspannung und jeden variablen Widerstand stecke. Auf diese Weise kann ich die Ausgangsspannungen V0 bis V4 messen und die Widerstände durch eine schnelle Schaltungsanalyse finden.

Daher möchte ich nur den Druck mit weniger Lärm messen, um feststellen zu können, ob die Arbeit, die ich mache, mehr Investitionen erfordert oder ob es sinnlos ist, mehr Zeit dafür aufzuwenden.

Problem

Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind variabel. Ich möchte die Ausgangsspannungen (V0 bis V4) filtern, da sie keine Spannungsschwankungen sehen, die höher als die Nyquist-Frequenz meines ADC-Wandlers sind. Ich kann mit 50 kHz abtasten, aber das Senden meiner Daten an den Computer dauert einige Zeit, und ich muss Frequenzen über 500 Hz herausfiltern. Zu diesem Zweck möchte ich einen passiven Filter verwenden, um Frequenzen über 500 Hz zu entfernen, und dann einen digitalen Filter verwenden, um alles über 500 Hz zu entfernen.

Also habe ich zwei Möglichkeiten, diesen passiven Filter zu machen:

  1. Finden Sie die passenden R und C, die die Auswirkungen der variablen Widerstände reduzieren und in jedem Fall nahe 500 Hz filtern. Ich denke, es ist problematisch, da R1 bis R4 zeitvariabel und ein stochastischer Prozess sind;
  2. Finden Sie einen Weg, um die Ausgangsimpedanz jedes Ausgangs maximal zu reduzieren, und verwenden Sie einen RC-Filter in Kaskade mit jedem Ausgang. Ich möchte keinen Operationsverstärker verwenden;

AC Analyse der Schaltung

Kann ich die Schaltung als mehrere Zwei-Port-Netzwerke in Kaskade betrachten (einfacher RC-Filter)?

Vd ist meine Versorgungsspannung, alle Widerstände R und Kondensator C sind gleich.

Ich dachte, es wäre möglich, die Schaltung so zu modellieren, da die Ladung des Kondensators die Transiente provozierte. Beachten Sie, dass ich V3 und V4 nicht eingeschlossen habe, um das Schema zu löschen, aber ich sollte es offensichtlich tun.

AC-Modell

Haben Sie eine Idee, wie ich die AC-Analyse durchführen soll? Wie kann ich die Bandbreite jedes Ausgangs Vx als Reaktion auf die Druckänderung an jedem Drucksensor Rx finden ?

Wie sage ich Spice, dass beispielsweise R4 zwischen dem Widerstand Rlow und Rhigh in einer Rechteckwelle wechselt, deren Frequenz von 10 Hz auf 10 MHz ansteigt? Vielen Dank für deine Hilfe!

Sie möchten "die Übertragungsfunktion der Ausgangsspannung V1 kennen, wenn am Widerstand R1 eine Änderung auftritt". Was bedeutet das - "wenn eine Änderung eintritt"? Nach dem Wechsel? Eine Übertragungsfunktion gilt nur für stationäre Bedingungen.
Führt Ihr Simulator Monte-Carlo-Analysen durch?
Hallo, danke für deine Antwort. Ich habe meinen Beitrag editiert, hoffentlich ist er verständlicher. Ich möchte schnelle Änderungen der Widerstandswerte herausfiltern (R1 bis R4 sind variabel, mit dem Druck). Also suchte ich nach einer Möglichkeit, die C- und R-Werte zu finden (siehe erstes Schema), die diese schnellen Änderungen herausfiltern. Ich weiß jedoch nicht, wie ich mit der Analyse der Schaltung beginnen und die Werte von R und C bestimmen soll, da die Widerstände R1 bis R4 variabel sind. Ich ziehe es vor, wenn möglich eine "analytische" Methode zu finden, da ich meinen Ansatz erklären müsste.

Antworten (2)

Wenn Sie einen Anti-Alias-Filter bauen, entfernen Sie die Komponenten namens R - sie helfen nicht und dämpfen auch das Signal über das gesamte Basisband - Sie sollten mehrere kaskadierte Abschnitte wie folgt in Betracht ziehen: -

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wählen Sie einen Wert für R und C und führen Sie eine AC-Analyse durch. Wenn die Grenzfrequenzen immer noch zu hoch sind, vergrößern Sie R, bis sie es nicht mehr sind.

Übrigens ist es keine großartige Möglichkeit, einen Anti-Alias-Filter zu entwerfen, und es wird nicht so gut sein wie ein paar Sallen-Key-Filter zweiter Ordnung, die mit Operationsverstärkern hergestellt wurden, aber dennoch sollte es ausreichen.

Vielen Dank für Ihre Antwort. Selbst wenn es das Signal dämpft, brauche ich die Widerstände R, um meine variablen Widerstände in meinem Mikrocontroller schneller zu berechnen. Ich werde es so versuchen, wie du vorschlägst, danke nochmal.
@jujux789 Ich muss sagen, das hat für mich überhaupt keinen Sinn gemacht !! Warum einen Mikrocontroller verwenden, um Werte von variablen Widerständen zu berechnen (schneller oder nicht)? Warum um alles in der Welt sollten sie variabel sein? Ändern Sie die Abtastgeschwindigkeit Ihres ADC dynamisch?
Ich verwende eine Reihe von Drucksensoren und benötige für meinen Zweck ein sehr kompaktes Design. Auf diese Weise habe ich die schnellere Abtastung erreicht, indem ich weniger Platz verwendet habe. Wenn ich die Widerstände R entferne, verliere ich die Auflösung und ich kann den Wert des variablen Widerstands nicht sicher sein, da zwei parallele Widerstände geerdet werden können. Es ist mein Gedanke, vielleicht irre ich mich.
Warum erklärst du nicht in deiner Frage, was du zu erreichen versuchst, und lässt die angeblich schlauen Leute auf EE entscheiden, welche Optionen die besten sind.
Es tut mir leid, dass ich es nicht für so wichtig hielt, aber nachdem ich Ihre Antwort gesehen habe, lag ich definitiv falsch. Ich werde die Frage vervollständigen.

Ich habe ein Problem bezüglich der AC-Analyse einer einfachen Schaltung mit variablen Widerständen.

Wenn sich die Widerstände mit der Zeit ändern, ist das System nicht zeitinvariant .

Wenn die Widerstandsänderungsrate im Vergleich zu der Änderungsrate der interessierenden Signale sehr langsam ist, ist das System quasi-zeitinvariant und innerhalb von Grenzen können LTI-Frequenzanalysetechniken verwendet werden.

Wenn die Änderungsrate des Widerstands jedoch nicht sehr langsam ist, ist die standardmäßige AC-Frequenzantwortanalyse, die davon ausgeht, dass das System ein LTI ist, nicht mehr anwendbar.

Siehe zum Beispiel Time Variant Filtering für einige Überlegungen.

Es ist genau das Problem, von dem ich dachte, dass ich es haben werde ... Die Widerstandsänderung ist jedoch stochastisch, da sie von der Druckänderung (von der Hand ausgeübt) abhängt. Wie kann ich in diesem Fall tun?
AC-Analyse einer Schaltung mit variablen Widerständen
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