Entwerfen einer Operationsverstärkerschaltung, die das folgende Signal am Ausgang hat

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einIch habe versucht, mehrere Wechselrichter, einen Summations-Operationsverstärker und einen Operationsverstärker zur Integration zu kombinieren. LT-Spice produzierte jedoch Müll am Ausgang und hatte es wirklich schwer, auf dieser großen Schaltung Wechselstromanalysen durchzuführen. Die Schaltung, von der ich spreche, ist diese:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Einige meiner Kollegen haben kurz erwähnt, dass dies mit nur zwei Operationsverstärkern möglich ist, aber ich kann diese Lösung anscheinend nicht finden. Alle Vorschläge werden geschätzt. Und es tut mir leid, dass ich die auf Papier gezeichnete Schaltung gepostet habe, aber auf diese Weise war es für mich einfacher, die (vermuteten) Ausgangssignale jeder Stufe zu skizzieren.

Wird die Eingangswellenform bereits von etwas anderem erzeugt und Sie müssen nur den Eingang in den Ausgang umwandeln?
@ user1582568 Ja, und diese Konvertierung sollte mit Operationsverstärkern erfolgen.
Wie genau muss die lineare Steigung der Ausgabe sein? Wenn sich die Eingangsfrequenz ändert, sollte sich die Flanke proportional ändern? Wie wichtig sind die 6V- und 4V-Haltepunkte?
@Andyaka Da dies wirklich nur eine Übung auf dem Papier ist, sollte sie ziemlich frequenzunabhängig sein und eine Steigung von haben
k = ± 0,8
am Ausgang.
Zwei Dinge springen heraus. Erstens wird Ihr Integrator driften, wenn Ihre Operationsverstärker Eingangs-Offsets oder Bias-Ströme haben. Zweitens nimmt Ihr Präzisionsgleichrichter seinen Ausgang vom falschen Punkt. Überprüfen Sie Ihre Quellen auf die richtige Verbindung.
Da dies eine akademische Übung ist, kann man wahrscheinlich davon ausgehen, dass die Komponenten ideal sind. In Ihrer vorgeschlagenen Schaltung invertieren Sie sowohl den Eingang als auch den Ausgang, was redundant ist. Sie können es mit zwei Operationsverstärkern tun, wenn Sie alle zusätzlichen Inversionen überspringen.

Antworten (3)

Wahrscheinlich nicht das, was Ihr Professor will, aber hier ist eine Lösung mit einem Operationsverstärker:

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schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Es liegt irgendwie zwischen den beiden vorherigen Vorschlägen - in der Praxis müsste der Integrator in Daves Antwort sowieso einen relativ hochohmigen Widerstand über dem Kondensator haben, also habe ich gezeigt, wie man die Steigung beliebig linear macht (in der Praxis wird die Schaltung empfindlich zur Komponentenanpassung und Operationsverstärkerleistung, wenn Sie zu weit gehen, aber die Verbesserung sieht grafisch ziemlich gut aus).

Ich reduziere die Änderung der Kondensatorspannung, indem ich dem Operationsverstärker eine Verstärkung von -10 vom Differenziereingang gebe und dann 9/11 des Eingangs wieder auf den invertierenden Eingang addiere, wo die Verstärkung +11 * 9/11 beträgt = +9 für einen Nettogewinn von -1 für sofortige Änderungen.

Die allgemeine Form der Antwort ist unten. Beachten Sie, dass der zweite Verstärker sowohl das ursprüngliche Eingangssignal als auch den Integratorausgang invertiert. Ich überlasse es Ihnen, die restlichen Komponentenwerte zu ermitteln.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wie vermeidet der Integrator, auf die Stromschienen zu treffen - sollte irgendwo eine Rücksetzschaltung oder ein zusätzlicher Widerstand vorhanden sein, der die Steigung etwas entlinearisieren könnte? Zitiere dich einfach "Ich denke, wir können davon ausgehen, dass Exponentialkurven nicht erlaubt sind"
@Andyaka: Dies ist eine akademische Übung, kein Industriedesignproblem. Aber wie Sie sagen, um dies in eine praktische Schaltung zu verwandeln, schalten Sie einfach einen beliebig großen Widerstand parallel zu C1. Der erzeugte Fehler wird viel, viel kleiner sein als der, der von Ihrer vollständig passiven Schaltung erzeugt wird.
Was macht eigentlich die Reset-Schaltung? Ich befürchte, dass dies eines der Probleme mit der von mir durchgeführten Schaltungssimulation sein könnte, da ich einen Ausgang erhalten habe, der fast gleich der DC-Versorgung der Operationsverstärker ist.
Die Versorgungen müssen die erwarteten Ausgangsspannungen (an beiden Operationsverstärkern) jederzeit überschreiten. Dies ist normalerweise kein Problem in einer Simulation mit idealen Operationsverstärkern.

Der einfachste Weg, dies zu erreichen, ist die Verwendung eines Hochpassfilters (und keine Operationsverstärker, nur ein 600-nF-Kondensator und ein 10-kΩ-Widerstand gegen Masse): -

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Aufgrund der Verwendung einer so einfachen Zweikomponentenlösung gibt es eine leichte Nichtlinearität in der Steigung.

Wenn Sie es mit einer viel kontrollierteren Flanke anders machen würden, würde ich eine kleine MCU und einen DAC verwenden, um das Signal mit linearer Flanke zu rekonstruieren. Mit Integratoren ohne DC-Punktsteuerung herumzuspielen wird problematisch sein, und eine MCU/DAC-Lösung scheint so einfach zu sein, wenn die Linearität ein Problem ist.

Ich denke, wir können davon ausgehen, dass Exponentialkurven nicht erlaubt sind.
@DaveTweed Ich habe das OP nach der Genauigkeit der Steigung gefragt.
Alle Komponenten werden als ideal angenommen, da dies nicht für ein bestimmtes Projekt verwendet wird (und das sage ich nur für mich).
Außerdem erzeugt diese Schaltung die falsche Ausgangspolarität.
Scheint, als würden Sie beide kämpfen.
@Shemafied: Nein, nicht wirklich. Ich habe Andys Antwort abgelehnt, weil sie falsch ist, und er hat meine aus Rache mit einer pingelig wählerischen Ausrede abgelehnt. Nur eine normale Meinungsverschiedenheit, sonst nichts.
@DaveTweed Ich habe deine Antwort abgelehnt, weil sie nicht funktioniert, aber ich hätte es nicht getan, wenn du meine nicht natürlich abgelehnt hättest.
Entwerfen einer Operationsverstärkerschaltung, die das folgende Signal am Ausgang hat
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