Ändern des DC-Offsets eines Signals

Ich habe eine Rechteckwelle, die von einem Wellenformgenerator erzeugt wird, der zwischen 0 V und 5 V oszilliert. Der Generator unterstützt keine negativen DC-Offsets. Ich muss dieses Signal nach unten verschieben, um um den 0-V-Wert zentriert zu sein, dh zwischen -2,5 V und 2,5 V oszillieren (AC-gekoppelt?).

Welche Möglichkeiten gibt es dafür?

(Verzeihen Sie mir, wenn ich die Terminologie durcheinander bringe, ich bin von Beruf Softwareentwickler.)

Haben Sie eine negative Versorgung zur Verfügung?

Antworten (3)

Was Sie tun müssen, ist einfach den DC-Offset insgesamt zu entfernen und keinen negativen zu liefern. Dies wird als AC-Kopplung bezeichnet. Wenn Sie den Ausgang Ihres Rechteckwellengenerators durch einen Serienkondensator führen, sollte er das tun, was Sie brauchen. Dies geht jedoch zu Lasten einer Rechteckwelle, die weniger quadratisch ist.

Nachfolgend ist eine Beispielschaltung für Sie dargestellt:

Beispielschaltung

Und die Ausgabe würde so aussehen (Grüne Spur = Generatorausgang, Blaue Spur = Spannung über Widerstand):

Grüne Kurve = Generatorausgang, blaue Kurve = Spannung am Widerstand

Sie werden wahrscheinlich einen kleinen Spannungsverlust bekommen (was bedeutet, dass Ihre Spitzen etwas weniger als +/- 2,5 V betragen), da kein Kondensator ideal ist, aber Sie können eine ziemlich gute Rechteckwellenausgabe erhalten, wenn Sie den Kondensator mit dem richtigen Wert erhalten. Sie müssen experimentieren und sehen. Je größer der von Ihnen gewählte Kondensatorwert ist, desto näher kommt Ihre Ausgangswellenform normalerweise dem Original für jede Frequenz, die ein Tisch-Rechteckwellengenerator ausgibt.

Ein weiterer gebräuchlicher Begriff ist Koppelkondensator. Ich dachte, wir hätten eine Antwort, die erklärt, wie man bestimmt, welcher Wert und welche Art von Kondensator verwendet werden soll, aber ich kann sie jetzt nicht finden.
Dies funktioniert nur, wenn Sie sich nicht um die Wellenform kümmern. Wenn ich eine Rechteckwelle von einem Funktionsgenerator verwende, brauche ich meistens eine Rechteckwelle.

Es wurde eine kapazitive Kopplung vorgeschlagen, die jedoch zwei große Nachteile hat:

  1. Ihr Signal ist keine Rechteckwelle mehr
  2. Es wird Ihr Signal nur um 0 V zentrieren, wenn das Tastverhältnis 50 % beträgt; Sie werden sehen, wie das Signal auf und ab geht, wenn Sie mit dem Arbeitszyklus spielen

Ein guter Funktionsgenerator hat ein Potmeter, um einen Offset für das Signal einzustellen. Eine Möglichkeit, dies selbst zu tun, besteht darin, einen Widerstandsspannungsaddierer herzustellen. Signal- und Offsetspannung jeweils über einen Widerstand mit einem Additionspunkt verbinden. Sehr einfach, aber dies ändert die Ausgangsimpedanz des Signals. Ein besserer Weg ist, dies aktiv zu tun:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier sehen Signal und Offset jeweils nur den Eingangswiderstand zur virtuellen Masse, so dass ihre resp. Ebenen beeinflussen sich nicht gegenseitig. Der Operationsverstärker gibt ihm eine niedrige Ausgangsimpedanz. Abhängig von der Frequenz der Rechteckwelle möchten Sie möglicherweise einen schnellen Operationsverstärker (High Gain Bandwidth Product, GBP oder GBW).
Denken Sie auch daran, dass dies Ihr Signal invertiert.

Das ist die richtige Lösung, um die Wellenform zu übersetzen, obwohl ich weiterhin denke, dass der Typ vom Generator keine Wellenform erzeugen konnte, die auf 0 zentriert ist.
Gibt diese Schaltung dem Signal keinen positiven Offset?
Ich würde eine doppelte Versorgung erstellen, -2,5 V, +2,5 V mit einem Widerstandsteiler und einem OP-AMP-Follower. Dann würde ich mit dem anderen Gerät im Paket das Signal mit seinem Durchschnitt vergleichen (einfacher RC-Tiefpass). Das würde zu einer Rechteckwelle von +Voh bis -Vol des OPAMP führen. Ich vermute, dass es eine andere Lösung mit Dioden und Logikgattern geben sollte, die einen Rail-to-Rail-Ausgang erzeugt.
@abdullah - wenn Rf = Rin-Verstärkung -1 ist und ein Eingang von +1 V als Offset zu einem Ausgang von -1 V führt. Ein -1V-Eingang gibt Ihnen +1V aus. Das Signal wird auch dazu addiert × -1. Sie können jeden der Eingangsströme berechnen: Ix = Vx/Rin. Und das gleiche Ix fließt durch Rf, um den gleichen Spannungsabfall zwischen dem Eingang (0 V, virtuelle Masse) und dem Ausgang zu erzeugen.
Ah. Also wird V1 das Signal sein und V2 wird -2,5 V sein, Rin1=Rin2=Rf, richtig?
@abdullah - Richtig. Bei Rin1=Rin2=Rf ist die Verstärkung 1. Dies ist nicht wirklich erforderlich, Sie können auch eine höhere Verstärkung haben, aber dies geht zu Lasten der Bandbreite. Es ist einfach, den Offset-Eingang zwischen beispielsweise -2,5 V und +2,5 V zu steuern, um dasselbe am Ausgang zu erhalten.
Aber natürlich würde dies einen Rail-to-Rail-OP-AMP oder eine höhere Versorgung erfordern, sagen wir +3,3 V -3,3 V.

Sie können es mit einem Kondensator an die Last koppeln, aber abhängig von der Lastimpedanz und der Kapazität rollt es an den Rändern der Squat-Welle ab. Wenn dies ein Problem darstellt, können Sie eine Pufferverstärkerstufe hinzufügen, um die Impedanz anzupassen. Der Kondensator gibt Ihnen das erwartete Wechselstrompaar, das Sie suchen.

Dies ist eine einfache Schaltung, die in einem Gewürzprogramm wie LT Spice (kostenlos) simuliert werden kann . Mit dem eingebauten Oszilloskop können Sie sehen, welche Auswirkungen Frequenz, Kapazität und Lastimpedanz auf die Schaltung haben.

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