Einzelversorgungs-Operationsverstärker zur Umwandlung von 0-5 VDC in +/-2 VDC (Mikrocontroller auf Leitungspegel)

Ich erzeuge eine 0-5-Volt-Sinuswelle mit einem Arduino mit einem DAC. Ich möchte dieses Signal (DC-Vorspannung?) Um -2,5 Volt pegelverschieben und eine Verstärkung von 0,8 haben, sodass ich am Ende eine Sinuswelle mit Leitungspegel habe.

Daher versuche ich, einen Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung mit der folgenden Gleichung zu entwerfen:

v Ö = ( v ich − 2.5 ) × 0,8

Ich habe dieses Whitepaper gefunden, das einen Weg dazu beschreiben soll, aber ich habe Probleme, dem zu folgen, da ich neu bei Operationsverstärkern bin.

https://www.eecs.umich.edu/courses/eecs452/Labs/circuit4.pdf

Kennt jemand eine Möglichkeit, dies mit einem einzelnen Operationsverstärker oder IC zu tun?

Der Frequenzbereich von 20Hz bis 20KHz muss erhalten bleiben.

Sie können keinen -2-V-Ausgang von einem Operationsverstärker mit nur positiver Versorgung erzeugen.
Können Sie uns die Ziel-Peak-to-Peak-Amplitude und den DC-Offset anstelle Ihrer Transformation mitteilen, was mir zweideutig erscheint.
@loudnoises Die Zielamplitude von Spitze zu Spitze beträgt 4 Volt und der DC-Offset beträgt -2,5 Volt.
@ThePhoton könnte ich dies mit zwei Operationsverstärkern erreichen, wenn meine erste Operationsverstärkerstufe eine Verstärkung von -1 hätte?
Nicht ohne negative Versorgung.
Es ist denkbar, das Problem wie angegeben zu lösen, wenn Ihr "Single-Supply-Operationsverstärker" nur eine negative Versorgung hat.
@ThePhoton ja, ich muss 20Hz-20KHz beibehalten.

Antworten (3)

Sie haben folgende Situation :

Arduino mit DAC erzeugt 0 V - +5 V Sinuswelle (2,5 V +/- 2,5 V).

Der Ausgang sollte -2 V - +2 V Sinuswelle (0 V +/- 2 V) sein.

MÖGLICHE LÖSUNGEN :

Lösung #1 :

Arduino mit DAC + C1 + R1 + R2 (alle Elemente sind in Reihe geschaltet).

  • C1 + R, wobei R = R1 + R2 ein Hochpassfilter ist
  • R1 und R2 sind Spannungsteiler mit einer Verstärkung von 0,8 V/V
  • kann verwendet werden, wenn der DAC genügend Strom liefern/senken kann

.

Lösung #2 :

Arduino mit DAC + Operationsverstärkerpuffer + C1 + R1 + R2 (alle Elemente sind in Reihe geschaltet).

  • Verwenden Sie es, falls Ihr DAC nicht in der Lage ist, genügend Strom zu liefern / zu ziehen

.

Lösung Nr. 3 : Arduino mit DAC + Opamp-Subtrahierer + C1 + R1 (alle Elemente sind in Reihe geschaltet).

  • C1 + R1 ist ein Hochpassfilter

Ein einzelner Operationsverstärker in einer Konfiguration des Subtrahierers kümmert sich um Ihre Gleichung:

Vo = (Vi-2,5) * 0,8

Subtrahierer

Schauen Sie hier: http://www.mtcmos.com/subtractor/ . Sie möchten die Konfiguration am Ende des Artikels verwenden, also links von diesem Bild:

die Lösung

Sie setzen:

  • R2/R1 = 0,8
  • V1 = 2,5 V
  • V2 = Vi

Sie erhalten also:

Vo = 0,8 * (Vi - 2,5)

Sie können auch auf dieses E-Book https://payhip.com/b/5Srt verweisen . Die Erklärung der Subtrahiererschaltung ist dort etwas verbessert (der Kern ist derselbe), aber Sie finden auch andere Konfigurationen erklärt.

Dies funktioniert nicht mit einem Operationsverstärker mit Einzelversorgung, wie von OP angefordert.
Der Autor muss die Input- und Output-Anforderungen richtig spezifizieren. Es ist offensichtlich, dass Single-Supply-Operationsverstärker keine negativen Spannungen erzeugen können.
@circuitry Könnten Sie das Eingangs- und Ausgangssignal angeben? Ist das Eingangssignal Sinuswelle 0 - 5 V (2,5 V +/- 2,5 V) und der Ausgang sollte -4,5 - 0,5 V (-2 V +/- 2 V) betragen?
@Tako die Eingangsspannung beträgt 0-5 Volt und die Ausgangsspannung sollte +/- 2 Volt betragen.
@Schaltkreis Ok. Die Eingangsspannung beträgt 0-5 V. Aber der Ausgang beträgt 0 V +/- 2 V? Und was ist die Stromversorgung? Einzelne 5V?
@Tako richtig, die bereitgestellten Bildgeräusche sind eine genaue Darstellung dessen, was ich zu erreichen versuche. Ich habe nur eine einzige 5-Volt-Versorgung. Es hört sich so an, als müsste ich die Stromversorgung mit einem Operationsverstärker umkehren und einen anderen Operationsverstärker mit +5 und -5 Volt versorgen, um das zu erreichen, was ich will. Aber das Whitepaper, das ich gepostet habe, ließ mich denken, dass es möglich sei, dies alles mit einem Operationsverstärker zu erreichen. Ich denke, ich könnte die mit einem Puffer-Operationsverstärker angebotenen Geräusche der Serien- / Kondensatorlösung verwenden, um dies alles mit einem Operationsverstärker zu erreichen, aber ich habe es noch nicht getestet / ich bin mir nicht sicher.
@circuitry Ich habe die Antwort verbessert. Schauen Sie, ob es Ihr Problem jetzt löst.

Ich denke, Sie versuchen sicherzustellen, dass Ihr Ausgangssignal keinen DC-Offset mit einer Spitzenspannung von 2 V aufweist. Sie können einen DC-Offset einfach entfernen, indem Sie eine Reihenkapazität einfügen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Was zu folgender Konvertierung führt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Da es sich jedoch um einen Hochpass handelt, müssen Sie Ihre Kapazitätswerte auswählen, um sicherzustellen, dass Sie die Amplitude des Sinus bei der angegebenen Frequenz (die Sie nicht angegeben haben) nicht verringern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine weitere Verbesserung wäre, einen Operationsverstärkerpuffer danach zu platzieren, was jedoch eine doppelte Versorgung (dh ± V) erfordern würde.

Die wichtige Gleichung für Ihre Amplitude stammt vom Widerstandsteiler:

v Ö u T = v ich N R 2 R 1 + R 2 , 4 = 5 40 10 + 40

Super, danke! Das wird also einige Frequenzen herausfiltern? Idealerweise möchte ich alle Frequenzen beibehalten, die Menschen hören können (20Hz-20KHz). Es hört sich also so an, als müsste ich meine 5 Volt invertieren und dann einen Operationsverstärker mit doppelter Versorgung einrichten, um dies zu tun. Es sei denn, es ist möglich, die Cap-Werte hier so einzustellen, dass sie keine Frequenzen innerhalb des menschlichen Hörbereichs herausfiltern würden.
Das gegebene Design zeigt eine Hochpass-Grenzfrequenz von viel weniger als 20 Hz. Das Hauptproblem bei dem Design besteht darin, dass Sie nicht in der Lage wären, eine große Last damit zu fahren. Wenn dies also nicht gepuffert wird, wird es Probleme geben.
Wissen Sie, was diesen maximalen Ausgangsstrom bestimmt, den dies liefern könnte? Ich verwende einen MCP4725 DAC, wird der Ausgangsstrom vom DAC bestimmt? Wenn ja, scheint der MCP4725 25 mA liefern zu können, was wahrscheinlich für Line-Level-Audio ausreicht.
Ja, Ihr DAC hat einen eingebauten Verstärker, der für die meisten Audiogeräte (die tendenziell eine hohe Eingangsimpedanz haben) in Ordnung zu sein scheint. Es kommt ganz auf deine Belastung an. Da Ihr DAC über einen eingebauten Verstärker verfügt, sollten Sie außerdem besser Zeit für die Entwicklung einer negativen Versorgung aufwenden. Wenn Sie dies tun würden, würden Sie keine zusätzlichen Schaltungen am Ausgang benötigen, was Ihnen eine bessere Audioleistung bieten würde.

Ein Operationsverstärker kann keinen negativen Ausgang erzeugen, wenn er nur eine positive Versorgung hat.

Sie müssen sich ansehen, wie Sie aus Ihrem vorhandenen positiven ein negatives Angebot machen können. Ein geschalteter Kondensator-Wechselrichter ist wahrscheinlich ausreichend, vorausgesetzt, Ihre Lastströme sind nicht zu hoch.

Sie haben mindestens 2 ICs: den Operationsverstärker und den Spannungsinverter.

Wenn ich eine +/- 5-Volt-Versorgung hätte, wie würde ich die Verstärkung und den DC-Offset so gestalten, dass mein Ziel eine Spitze von +/- 2 Volt erreicht?
Das ist eine andere Frage. Wenn es noch nie gestellt wurde (das hat es mit ziemlicher Sicherheit), posten Sie es als neue Frage.
Einzelversorgungs-Operationsverstärker zur Umwandlung von 0-5 VDC in +/-2 VDC (Mikrocontroller auf Leitungspegel)
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v