Was ist der Zweck dieser Elemente in dieser Schaltung?

Ich analysiere diese kontinuierliche Wellenform-Verstärkerschaltung für einen Mikrowellen-Bewegungssensor. Dieser High-Gain-Verstärker wird im Datenblatt empfohlen, da der Signalausgang des Sensors extrem klein ist (~1uV). Ich verstehe, dass sie einen Operationsverstärker-Integrator und einen Operationsverstärker-Differentiator-Konfigurationen verwenden, aber was sind die Rollen/Zwecke der eingekreisten Teile? Könnte mir das bitte jemand erklären, da meine Schaltungsanalyse etwas eingerostet ist.

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Bitte bearbeiten Sie die Zeichnung, um eine Kennung für jedes Teil hinzuzufügen. Sonst müssen wir von "dem 100-kOhm-Widerstand oben im Teiler" statt nur von "R1" sprechen, und es wird langweilig.
Bearbeitet. Vielleicht sehe ich es auch nicht richtig, aber wie sind Nr. 3 und Nr. 4 Filter, wenn die RC-Komponenten in Reihe geschaltet sind? Und für Nr. 2 sollte es nicht umgekehrt sein (Kondensator zuerst), damit es ein Hochpassfilter ist?
Filter können unterschiedliche Topologien haben. Ein Kondensator in Reihe wird verwendet, um die DC-Kopplung zu entfernen. Wahrscheinlich war der Name "Filter" irreführend.
1) ist ein Spannungsteiler, der eine Vorspannung von 2,5 V erzeugt.
Aber wenn die Kondensatoren die DC-Komponente entfernen sollen, was ist der Zweck von R1 in Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4? Und was ist der Zweck von C1 in Nr. 1?
Sie haben einige Komponentenbezeichnungen angegeben. Sie haben jedoch eine Reihe von Komponenten ausgelassen und scheinen dann Duplikate zu haben! Es sieht so aus, als hätten Sie mindestens drei C1, vielleicht 4. Einige der Zahlen sind auch schwer zu lesen.
Ohne diese 100 UF riskieren Sie eine Oszillation der beiden Operationsverstärkerstufen mit positiver Rückkopplung oder vielleicht Motorbootfahren.

Antworten (2)

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Abbildung 1. Wellenformverstärker.

  1. Die Widerstände bilden eine Halbversorgungsreferenz für die Single-Rail-betriebenen Operationsverstärker. Bei einer 5-V-Versorgung beträgt diese Referenzspannung 2,5 V. Der 100-uF-Kondensator stabilisiert diese Spannung. Wie @Trevor in den Kommentaren betont, verhindert es auch, dass (3) ein AC-Eingangssignal (2) beeinflusst.
  2. Der nicht invertierende Eingang wird auf 2,5 V gehalten. Ohne Signal sollte der Ausgang ebenfalls auf 2,5 V gehen.
  3. Diese Stufe ist ein nicht invertierender Verstärker. Ohne den 330k-Widerstand würde der Vorspannungsstrom des Operationsverstärkers den 4,7-uF-Kondensator laden oder entladen, bis er +5 V oder 0 V erreicht. Das Bereitstellen eines Gleichstrompfads zur 2,5-V-Referenz verhindert dies.
  4. Es ist schwierig zu wissen, wofür die 12k ohne ein Schema der Innereien des Bewegungssensors sind. Der Kondensator bedeutet, dass der Rest der Schaltung nur auf schnelle Änderungen des Bewegungssensors reagiert.
  5. Der Operationsverstärker ist ein nicht invertierender. Der Gewinn wird durch die Standardformel angegeben A = 1 + R F R G = 1 M 10 k = 100 . (Beachten Sie die schlampigen Einheiten im Schaltplan. Es sollte 'k' für Kilo und 'M' für Mega sein.) Der Kondensator blockiert den Gleichstrom wieder, da der Gleichstrompfad für die Vorspannung durch den 1M-Rückkopplungswiderstand bereitgestellt wird. Es hätte wahrscheinlich weggelassen und (5) an die 2,5-V-Referenz angeschlossen werden können, aber es kann auch eine Hochpassfilterung durchführen.
  6. Der Kondensator blockiert wiederum, dass Gleichstrom die nächste Stufe erreicht. Der 8k2-Widerstand ist der Eingangswiderstand eines invertierenden Operationsverstärkers.
Vielen Dank für eine klare und ausführliche Antwort. Eine letzte Frage: Ist der 100-uF-Kondensator an Nr. 1 ein Bypass-Kondensator (genau wie der vor dem +5-V-Anschluss für den Bewegungssensor)? Wenn ja, ist die Kapazität von 100 uF für diesen Zweck nicht etwas zu groß?
Sie dient dazu, die 2,5-V-Referenz mittelfristig stabil zu halten, wenn die 5-V-Versorgung schwankt. Wenn wir uns die Zeitkonstante dafür ansehen und zwei 100k parallel erhalten wir τ = R C = 50 k ⋅ 100 μ = 5   S . Das ist die Zeit, die es dauern würde, um 63 % zu fallen, wenn die Versorgung abgeschaltet wäre. Sie könnten berechnen, wie gut es bei einem bestimmten Angebotsrückgang halten würde, aber ich würde sagen, der Designer hat sich nicht darum gekümmert und es einfach so groß gemacht, dass es nie ein Problem sein würde. Die 0,1 µF Entkopplungskondensatoren sind für sehr kurze Schalttransienten im Bewegungssensor.
@Hypomania Zusätzlich wird das Eingangssignal (versehentlich) durch diese 330 K direkt auf diese Halbschienen-Referenz zurückgeführt. Ohne die Kappe könnte es einen Teil dieses Signals über die erste Stufe hinaus an den Eingang der zweiten koppeln ... schlampiges Design, wenn Sie bitten mich, nur einen Widerstand zu speichern.
@Transistor danke, perfekte Erklärung, jetzt ist mir alles klar!
@Transistor, ich habe einige Simulationen durchgeführt und versucht, die Spannung über der 4,7-uF-Kappe zu messen. In beiden Fällen - mit und ohne den 330k-Widerstand - war das Maximum, das es jemals erreichen würde, 2,5 V. Ich kann ehrlich gesagt nicht sehen, wie es ohne ihn von 0 V auf 5 V schwanken könnte. Der einzige Unterschied war, dass es mit dem hinzugefügten 330k-Widerstand langsamer geladen wurde. Könnten Sie das bitte näher erläutern?
Schauen Sie sich das Datenblatt für den LM324 oder was auch immer Sie verwendet haben an und überprüfen Sie den Vorspannungsstrom. Es könnte nur nA sein. Erstellen Sie dann eine Simulationsschaltung mit nur dem Operationsverstärker, einer 5-V-Versorgung und einem Kondensator an jedem Eingang. Überwachen Sie jede Kondensatorspannung und melden Sie sich zurück. Wenn der Simulator gut ist, lädt sich der Kondensator auf. D v D T = ICH ⋅ C wenn ich mich richtig erinnere.
Sie haben Recht, ich habe einen älteren Simulator verwendet, der die Obergrenze nicht aufgeladen hat. Zu SPICE gewechselt und es tut, was Sie beschrieben haben, nochmals vielen Dank :)
Gut. Entfernen Sie die 330k auf Ihrem Original und Sie sollten sehen, dass der Operationsverstärker nach einer Weile gesättigt ist, wenn die Eingangskappe (4) nach oben / unten geladen wird. Versuchen Sie dann, die 330k zurückzusetzen und C bei (1) herauszunehmen, und prüfen Sie, ob der Wechselstrom zum + Eingang des zweiten Operationsverstärkers durchkommt.
@Transistor Perfekt. Ich glaube, ich habe jetzt alles, danke für die Hilfe!
Großartig. Vergessen Sie nicht zu akzeptieren, wenn Sie mit der Antwort zufrieden sind.

C1 AC-koppelt das Signal vom Bewegungssensor in den ersten Verstärker.

R1 und Rx stellen die Verstärkung der ersten Stufe ein. Das andere C1 macht die Verstärkung 1 bei DC. Dies liegt daran, dass DC irrelevant ist und die Verstärkung auf 1 verhindert, dass Offsetspannungen das Signal überschwemmen.

Die anderen C1 AC-Paare wieder.

R blob und Rx stellen die Verstärkung der zweiten Stufe ein.

R9 und R2 erzeugen eine Vorspannung von der Hälfte der Versorgung, und C1 filtert das Ergebnis, um Versorgungsrauschen zu entfernen.

Aber warum brauchen wir für die Vorspannung einen 100uF-Kondensator, ist das nicht ein bisschen überflüssig?
@Hyp: Nein, ich sehe nicht, womit ein Kondensator, der den Vorspannungsteilerausgang filtert, redundant sein soll. Es gibt keine andere Kapazität, die die gleiche Funktion erfüllt.
Was ist der Zweck dieser Elemente in dieser Schaltung?
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