Signalverarbeitung mit Operationsverstärkern

Die positive Flanke der Dreieckswelle benötigt die doppelte Verstärkung der negativen Flanke, dies ist in einer Operationsverstärker- und Widerstandsschaltung nicht ohne einen Trick möglich:

Signal s1 = Dreiecksignal, 0 V bis +4 V
Signal s2 = Rechtecksignal, 0 V bis +12 V
Signal s3 = s1/2 + s2/2, 0 V bis +8 V

Hier kommt der Trick ins Spiel. Die Flanken der Dreieckswelle sind symmetrisch, und wir brauchen sie unterschiedlich. Trick: Verwenden Sie einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker mit a$\pm$12-V-Versorgung. Wir werden das verwenden, um die Spitze der s3-Wellenform zu beschneiden.

Signal s4 = 2$\times$s3 (geclippt), 0 V bis +12 V
Signal s5 = Vout = s4 - 8 V ​​+ s1, -8 V bis +8 V

Schema , nur 2 Operationsverstärker und 9 Widerstände:

Eine weitere Option ist diese Schaltung, die die gleiche Anzahl von Operationsverstärkern wie Stevens verwendet, aber etwas anders funktioniert.
Es stützt sich auf unterschiedliche Verstärkungen für die positiven/negativen Schwingungen (erreicht mit den Dioden in der Rückkopplungsschaltung)
. R2, R5 und R11 dämpfen und verschieben das Signal von -6 V bis 0 V auf -2 V bis 2 V, während sie dem Operationsverstärker eine Impedanz von 1 kΩ präsentieren Eingang. R7 und R8 stellen die unterschiedlichen Verstärkungen für die positiven/negativen Schwingungen ein.
Die beiden Komponenten (positiv/negativ abgegriffen von den Punkten "POS" und "NEG") des endgültigen Signals werden dann vom Operationsverstärker U2 summiert und invertiert, und Sie haben Ihr Ausgangssignal.

Simulation:

In der oberen Grafik sehen Sie die Eingangssignale (blau/rot) und das Ausgangssignal (grün). Unten sehen Sie die positiven und negativen Komponenten (rosa/hellblau), die von U2 summiert werden.

BEARBEITEN - Also keine Dioden?

Nur zum Spaß und um die Grenzen einzuhalten, hier ist die gleiche Schaltung, aber mit einem Operationsverstärker mit Eingangsschutzdioden ;-)

Und hier die Simulation:

Ich habe den Strom durch die Opamp-Eingänge eingeschlossen, um die Diodenaktion zu zeigen. Der Ausgang ist derselbe wie bei der ersten Schaltung. Theoretisch sollte dies mit jedem Operationsverstärker mit nicht strombegrenztem Eingangsschutz von Diode zu Schiene funktionieren .

Was dieses Problem schwierig macht, ist, dass Sie nicht nur die Summe einer Dreieckswelle und einer Rechteckwelle haben. Die negativen Stufen der Rechteckwelle betragen -12 V, die positiven Stufen jedoch nur +8 V.

Der Versuch, das endgültige Signal als eine Mischung aus mehreren Signalen zu erstellen, wie Steven und Oli vorgeschlagen haben, ist vollkommen gültig und könnte tatsächlich die beste Antwort sein. Hier ist jedoch eine andere Art, über dieses Problem nachzudenken.

Stellen Sie sich einen Kondensator vor, der mit festen Strömen geladen und entladen werden kann und der auch "sofort" auf +8 und -8 Volt hoch und niedrig geklemmt werden kann. Um etwas auszuwählen, verwenden wir beispielsweise einen 10-nF-Kondensator. Um es in 1 ms um 4 V zu entladen, wären -40 µA erforderlich. Um es in 1 ms auf 8 V aufzuladen, wären +80 µA erforderlich. Sie könnten separate -40- und +80-Mikroampere-Quellen haben, die zum richtigen Zeitpunkt aktiviert werden. Es ist jedoch wahrscheinlich einfacher, eine feste -40-µA-Quelle und eine schaltbare +120-µA-Quelle zu haben.

Alles kann von einer 500-Hz-Rechteckwelle angesteuert werden. Die 120-µA-Stromquelle wird aktiviert, wenn die Rechteckwelle positiv ist (während 1-2 ms und 3-4 ms in Ihrem Diagramm). Die Low-Side-Klemme wird für kurze Zeit von der ansteigenden Flanke der Rechteckwelle und die High-Wide-Klemme von der abfallenden Flanke aktiviert. Da die Spannung einmal pro Millisekunde auf eine der Klemmgrenzen zurückgesetzt wird, vermeidet diese Methode ein Durchgehen, wenn sich die Schritte und Rampen nicht genau zu Null pro Zyklus addieren.

Dies ist kein Schema, nur ein Diagramm des allgemeinen Konzepts. Ich habe NPN- und PNP-Transistoren für die Klemmen, nur um die allgemeine Idee zu zeigen. Es wäre mehr erforderlich, wie eine Diode und/oder ein Widerstand, um C2 und C3 rechtzeitig für die nächste Verwendung zurückzusetzen, wenn tatsächlich Bipolartransistoren verwendet werden. Stromquellen können mit Operationsverstärkern erstellt werden, und es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen ein- und auszuschalten.

Auch dies ist nur ein Konzept, bei dem die Details als Übung übrig bleiben. Ich denke jedoch, dass dies praktikabel sein könnte, abhängig von vielen Dingen, die Sie uns nicht mitgeteilt haben, wie Genauigkeit, Ausgangsantrieb, Geschwindigkeit der Kanten usw. Ich könnte auf weitere Einzelheiten eingehen, wenn dies eine Richtung ist, an der Sie interessiert sind.

Wie wäre es, der Rechteckwelle einen Offset hinzuzufügen, um sie asymmetrisch zu machen, sie dann mit einem Operationsverstärker zu integrieren und diesen von der ursprünglichen Rechteckwelle zu subtrahieren? Ich kann es nicht ganz nachvollziehen, aber es fühlt sich nach einem praktikablen Ansatz an.