Schwingung im Spannungsgleichrichter / Skalierungsschaltkreis

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Sie brauchen überhaupt keine Operationsverstärker - vielleicht einen einzelnen Puffer.

Du machst das viel zu kompliziert. Als Referenz ist hier Ihre Schaltung:

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, dies zu vereinfachen. Die zwei Rücken an Rücken invertierenden Puffer sind einfach albern. Warum nicht der offensichtliche einzelne nicht invertierende Puffer? Außerdem ist der erste invertierende Puffer nicht wirklich ein Einheitsgewinn. Beachten Sie, dass das eingehende Signal die Impedanz von R4//R6 hat, die 5 kΩ beträgt. Bei einem Rückkopplungswiderstand von 10 kΩ hat die U2-Stufe eine Verstärkung von -2.

Alles, was Sie wirklich brauchen, ist dies:

R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler, der die Verstärkung des Eingangssignals reduziert. Ohne V1 wäre das nur über den Boden skaliert. V1 fügt einen Offset hinzu. Indem wir die gewünschte Verstärkung und den gewünschten Offset trennen, können wir die Werte einfach berechnen.

Wir haben eigentlich drei Freiheitsgrade und bisher nur zwei Einschränkungen angegeben. Die verbleibende Einschränkung kann als Eingangs- oder Ausgangsimpedanz des Teilers ausgedrückt werden. Im Moment wählen wir einfach willkürlich 10 kΩ für R1 aus, um den dritten Freiheitsgrad festzulegen. Später können Sie alle Widerstände um den gleichen Betrag skalieren, um die Impedanzen anzupassen.

Das Eingangssignal hat einen Bereich von 24 V und der Ausgang hat einen Bereich von 3,3 V. Daher wissen wir allein aus der Verstärkung, dass der Spannungsteiler R1, R2 eine Verstärkung von (3,3 V)/(24 V) = 0,138 haben muss. Bei R1 = 10 kΩ muss R2 1,59 kΩ betragen.

Jetzt haben wir nur noch eine einzige Einschränkung und einen einzigen Wert, den wir finden müssen, nämlich die Spannung von V1. Eine Möglichkeit, dies zu lösen, besteht darin, einen beliebigen Betriebspunkt auszuwählen und herauszufinden, was V1 sein muss. Ich wähle 0 V in, von dem wir wissen, dass es zu (3,3 V)/2 = 1,65 V führen muss. Jetzt haben wir also einen Spannungsteiler mit der Spitze bei 0 V, die Widerstände sind 10 kΩ und 1,59 kΩ, der Ausgang 1,65 V, und wir müssen die untere Spannung finden. Aus der Grundmathematik des Spannungsteilers beträgt V1 1,91 V.

Also haben wir jetzt:

An diesem Punkt ist es eine gute Idee, eine Überprüfung durchzuführen, um sicherzustellen, dass wir nichts vermasselt haben. Sie könnten beispielsweise 12 V einspeisen und überprüfen, ob Sie 3,3 V herausbekommen. Ich habe das getan und es wird überprüft, aber ich überlasse dies einer Übung, die Sie alleine durchführen können.

Diese Schaltung wird gut funktionieren, aber eine 1,91-V-Quelle zu benötigen, ist etwas unpraktisch. Beachten Sie, dass aus der Sicht der restlichen Schaltung V1 und R2 eine Thevenin-Quelle mit einer Spannung von 1,91 V und einer Impedanz von 1,59 kΩ bilden. Wir können genau die gleiche Thevenin-Quelle aus Ihrer bestehenden 12-V-Versorgung erstellen:

Wir haben zwei Einschränkungen. Der Spannungsteiler R3, R4 allein muss 1,91 V erzeugen:

  (12 V) R4 / (R3 + R4) = 1,91 V

Und die Parallelschaltung von R3 und R4 muss 1,59 kΩ betragen:

  (R3 * R4)/(R3 + R4) = 1,59 kΩ

Ich überspringe die Arithmetik der 8. Klasse, aber das ergibt R3 = 10,0 kΩ und R4 = 1,90 kΩ. Hier ist also die letzte Schaltung:

Ja, es ist wirklich so einfach.

Beachten Sie, dass die Eingangsimpedanz R1 + R3//R4 = 11,6 kΩ und die Ausgangsimpedanz R1//R3//R4 = 1,38 kΩ beträgt. Wenn diese akzeptabel sind, brauchen Sie nichts weiter zu tun. Alle Widerstände können um den gleichen Betrag skaliert werden, um diese Impedanzen zu ändern.

Wenn die Eingangsimpedanz bei der maximalen Signalimpedanz, die Ihr A/D benötigt, immer noch zu niedrig ist, können Sie nach diesem Widerstandsnetzwerk einen einzelnen Einheitsverstärkungspuffer verwenden. Skalieren Sie in diesem Fall die Widerstände, um die gewünschte Eingangsimpedanz zu erhalten. Die Ausgangsimpedanz ist die des Einheitsverstärkungspuffers und unabhängig von den Widerständen.

Ihre Schaltung sieht also höchstens aus wie die drei oben genannten Widerstände, gefolgt von einem Einheitsverstärkungspuffer.

Nochmals, ja, es ist wirklich so einfach.

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Die obige Schaltung könnte für Sie funktionieren, wenn der Eingang ein digitales Signal ist. Die erste Stufe wandelt die +12/-12V in +3,3V/0V um. Die zweite Stufe entfernt hochfrequentes Rauschen, eingestellt mit R3/C1.

Weitere Details wären schön, um die Einschränkungen zu ermitteln.

• Ist beispielsweise das Eingangssignal digitaler Natur? In diesem Fall können wir anstelle eines linearen Verstärkers einen einfacheren Komparator verwenden.

• Ist Ihnen die Linearität der Ausgabe wichtig? Wenn nicht, könnten wir, selbst wenn der Eingang eine Sinuswelle ist, die Ausgänge Rail-to-Rail treiben, um 0-3,3 V zu erreichen.

• Welchen Frequenzbereich haben die Eingänge? Funktioniert das mit Gleichspannung? Funktioniert das mit 40kHz?

Abhängig von Ihren Anforderungen könnte diese Schaltung funktionieren (unten ist ein linearer Verstärker):

Die erste Stufe skaliert die 24-V-Differenzeingangsspannung in eine 3,3-V-Differenzspannung, die um Vb herum vorgespannt ist. Das RC-Netzwerk bildet einen Tiefpassfilter, um bei dem von Ihnen erwähnten Hochfrequenzrauschen zu helfen.

Die zweite Stufe ist nur ein Puffer, um einen gewissen Treiberstrom bereitzustellen. Sie können dies durch einen invertierenden Operationsverstärker ersetzen, wenn Sie die Polarität korrigieren müssen.

In der Praxis würde ich die Referenzspannung wahrscheinlich mit einem Trimmpoti erzeugen, da Sie sie aufgrund von Eingangs-Offsetspannungen ungleich Null möglicherweise für einen engeren Spannungsbereich etwas anpassen müssen.