Skalieren und verschieben Sie die analoge Spannung mit einem einzigen Operationsverstärker?

Ich möchte die Ausgangsspannung des integrierten DAC eines Arduino Due aus seinem Rohbereich [+0,54 V --> +2,75 V] in den neuen Bereich [-10 V --> +10 V] abbilden. Ich werde einen Operationsverstärker mit -12-V- und +12-V-Stromversorgungsschienen verwenden (Analog Devices OP07).

Ursprünglich habe ich versucht, dies mit Back-to-Back-Operationsverstärkern zu tun - einen, um die Spannung nach unten zu verschieben (durch Subtrahieren von ~ 1,65 V), sodass sie zuerst um Null zentriert ist, und dann einen zweiten Verstärker, um die Spannung um einen Faktor von ~ 9 zu erhöhen .

Ich frage mich jedoch, ob dies mit einem einzigen Operationsverstärker möglich ist und ohne die Phase des Signals in Bezug auf den Eingang zu invertieren. Außerdem möchte ich, dass jede Referenz für den Vorspannungspunkt von der vorhandenen +12-V-Versorgungsschiene abgeleitet wird.

Hat jemand eine Hilfe, wie man das erreichen kann?

Vielen Dank

Das Datenblatt des OP07 besagt, dass sein Ausgang nur bei einer Versorgung von +/- 15 V garantiert um +/- 12,5 V schwingt (und das bei einer Last von 10 k). Unter der Annahme, dass es bei +/- 12-V-Versorgungen ähnlich ist, können Sie den Ausgang nicht ganz auf +/- 10 V bringen.

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Hier ist die Topologie, die ich verwenden würde.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Beginnen Sie mit der Berechnung der benötigten Verstärkung.

A = ( 10 − − 10 ) / ( 2,75 − .54 ) = 9.05

Für eine nichtinvertierende Verstärkerkonfiguration gilt:

A = 1 + R 1 / R 2
Die willkürliche Wahl von R2 = 1k ergibt R1 = 8,05k

Um nun mit dem Offset umzugehen, wenn VDAC = 0,54 V ist, soll die Ausgabe -10 V betragen. Der invertierende Eingang hat ungefähr das gleiche Potential wie der nicht invertierende Eingang (innerhalb der Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers). Berechnen Sie den Strom durch R1.

ICH R 1 = ( .54 v − − 10 v ) / 8.05 k = 1.309 M A
Da kein Strom in den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers fließt, müssen die Ströme durch die Widerstände gleich sein.
ICH R 1 = ICH R 2 = ( v Ö S − 0,54 v ) / 1 k
Sie können Vos mit einem Widerstandsteiler aus 12 V erzeugen, sodass der Thevenin-äquivalente Ausgangswiderstand 1 k beträgt, um Vos und R2 zu ersetzen. Alternativ können Sie einen beliebigen Widerstandsteiler mit der richtigen Ausgangsspannung auswählen und dann R1 auf das 8,05-fache seines Thevenin-äquivalenten Ausgangswiderstands einstellen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers ist

v Ö u T = 12 R 4 / ( R 3 + R 4 )
Dies bestimmt das Verhältnis von R3 und R4, reicht jedoch nicht aus, um einen bestimmten Wert anzugeben. Die andere Einschränkung ist, dass die beiden Widerstände parallel wie ein 1k-Widerstand aussehen
R 3 R 4 / ( R 3 + R 4 ) = 1 k
Diese Schaltung entspricht Vos und R2 zusammen.

Ihre Antwort ist sehr hilfreich - könnten Sie jedoch ein Beispiel für eine solche Konfiguration geben, von der Sie am Ende sprechen? Ich bin mir nicht sicher, was genau der äquivalente Widerstand von Thevenin ist oder wie ich ihn in der Praxis verwenden soll. Ich gehe davon aus, dass der Strom immer noch 1,31 mA beträgt, kann aber keine Kombination von Widerständen finden, mit der er funktioniert die +12V-Versorgung. Entschuldigung, wenn die Lösung einfach ist!

Eine andere Option, die gemeinsame Widerstände verwendet und innerhalb von etwa 1% kommt:

Operationsverstärkerschaltung

Die AC-Quelle auf der Unterseite ist der Eingang.

Dies wird durch die folgende Gleichung geregelt, wobei Ra oben links, Rb unten links und Rc die Rückkopplung rechts ist:

v Ö = v ICH ( 1 + R C ( 1 R A + 1 R B ) ) − 12 R C R A

Der Term neben Vin ist die Verstärkung und der letzte Term ist der Offset.

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