Clip-Signal mit sehr niedriger Schwelle

Hier ist die aktive Klemmschaltung, die ich mir ausgedacht habe. Ich habe es in Circuitlab eingegeben, damit ich es simulieren und seine Leistung überprüfen konnte.

Immer wenn der Eingang versucht, über eine der Klemmschwellen hinaus zu schwingen, die durch die ±Vclamp-Quellen in Verbindung mit den Widerständen bestimmt werden, erzeugt der entsprechende Präzisionsgleichrichter ein Signal, das die Überspannung kompensiert und den Ausgang konstant auf der Klemmschwelle hält. Bei den gezeigten Widerstandswerten muss der Wert von ±Vclamp 2/3 des gewünschten Klemmpegels betragen.

Beachten Sie, dass der Ausgang einen DC-Offset hat, wenn die Schwellenwerte nicht symmetrisch sind.

Beachten Sie, dass der Ausgang relativ zum Eingang invertiert ist. Dies ist erforderlich, da der invertierende Eingang von OA3 eine „virtuelle Masse“ sein muss, damit das Mischen korrekt funktioniert. Am Ausgang kann bei Bedarf ein invertierender Puffer hinzugefügt werden.

Beachten Sie, dass R1, R2, R3 und R4 denselben Wert haben müssen. Außerdem müssen R5, R6, R7 und R8 den gleichen Wert haben, aber nicht unbedingt den gleichen Wert wie die erste Gruppe. Beachten Sie jedoch, dass R5 und R6 die Beziehung zwischen ±Vclamp und dem tatsächlichen Klemmschwellenwert beeinflussen. Das 2/3-Verhältnis gilt nur, wenn alle 8 Widerstände den gleichen Wert haben.

Das folgende Diagramm zeigt drei Eingangssinuswellen von 200, 300 und 400 mV (jeweils blau, braun, grau) und die entsprechenden invertierten Ausgangswellen, die auf ±250 mV geklemmt sind (jeweils rot, blau und violett). Ich zeige auch die Wellenformen für V1 und V2 für den 400-mV-Fall (die beiden unkonventionellen Wellenformen, die in der Mitte verlaufen).

Zur Überwachung des Stroms in einer Wechselstromleitung könnte ein nicht-invasiver Sensor wie SCT-013-000 (Datenblatt verlinkt) Ihre Anforderung erfüllen:

• Kein Shunt-Widerstand erforderlich, daher keine Erwärmung bei Überstrom;
• Der Sensorausgang ist von der Stromleitung isoliert, daher besteht keine Stromschlaggefahr;
• Die Ausgangsspannung beträgt 0-50 mV für bis zu 10 Ampere, also gut innerhalb des angegebenen Bereichs;
• Solche Induktionsgeräte sättigen typischerweise etwas über die ausgelegte Stromgrenze hinaus, wodurch eine willkürliche Spannungsausgabe am Sensor verhindert wird.

Um die erfasste Spannung bei Bedarf auf den 250-mV-Bereich zu verstärken, funktioniert eine einfache Operationsverstärkerschaltung einwandfrei, es ist keine Leitungsisolierung erforderlich.

Es gibt ähnliche Sensoren mit geringerer AC-Strommessung (0-5 A oder 0-1 A) und mit vorverstärkten und sogar digitalen Ausgängen, um die Spezifikation genauer zu verfeinern. Sie sind jedoch nicht so günstig wie dieses Gerät: Sie können dieses Gerät für 30 US-Dollar finden, vielleicht sogar noch weniger.

Gibt es eine andere Spezifikation, die die Verwendung des Shunt-Widerstandsansatzes erfordert? Wenn ja, aktualisieren Sie bitte Ihre Frage entsprechend für weitere Eingaben.

Ich komme zu spät zur Party, aber hier ist eine Alternative zu der von Dave vorgeschlagenen. Ich hatte das Gefühl, dass es sich gelohnt hat, es zu posten, da es viel einfacher ist, obwohl das Clipping nicht so hart oder temperaturstabil ist.

_{(Quelle: circuitlab.com )}

Alle Komponentenwerte sind kommerziell. Wenn Sie keinen TLC2272-Operationsverstärker finden können, versuchen Sie es mit einem TL081 (aber seien Sie vorsichtig, da er nicht Rail-to-Rail ist).

Der Spannungsteiler am Ausgang kann weggelassen werden, wenn Sie eine 1,8-fache Verstärkung des zu erfassenden Signals wünschen. Der Ausgang wird in Bezug auf den Eingang negiert: Sie könnten einen weiteren Operationsverstärker nach dem Teiler schalten, um das Signal zu invertieren, aber IMHO ist die Invertierung in der Software einfacher und Sie sparen eine Komponente.

Wenn Sie die maximale Ausgangsspannung ändern müssen$V_{clamp}$, können Sie berechnen$R_2$mit der Faustregel

Wenn Sie Verzerrungen minimieren möchten$V_{lin}$und etwas höher klemmen (ca$1.7\, V_{lin}$), können Sie verwenden

In beiden Fällen,$R_3 = \frac{R_4}{R_1}R_2-R_4$. Mit$R_4=R_1$, es wird$R_3=R_2-R_4=R_2-1000$.

Hier ist eine Zeitbereichssimulation aus dem CircuitLab-Projekt . Eine Frequenzsimulation zeigt ein gutes Verhalten bis 50 kHz.