Aislar una señal digital que cambia su amplitud

Tengo que aislar una señal digital que tiene las siguientes características:

  • frecuencia: entre 1 y 1000 Hz
  • amplitud pico-pico: 12V
  • compensación: 0-6V

Con "compensación" quiero decir que el voltaje real puede cambiar de 0-12 V a 6-18 V. Parece , pero no puedo saber esto con 100% de seguridad de que el circuito de salida es algo así como un npn bjt con una resistencia pull-up de 5k (y algo más, de lo contrario no puedo explicar este desplazamiento, medido con un osciloscopio) .

El objetivo es aislarlo con un optoacoplador y obtener una señal constante de 0-12V.

Aquí mi intento:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Debido a que tengo que replicar esta sección x16 veces, me pregunto si hay una forma más inteligente de hacer lo mismo usando menos componentes.

Entonces, ¿es la señal de compensación o el ruido?
¿Quiere conservar la forma de la señal de entrada o simplemente tener un pulso de salida cada vez que aumenta la entrada? ¿Cómo se distingue entre un aumento en el voltaje de compensación y un aumento en el voltaje de la señal? ¿Tiene algún voltaje de umbral que separe a 1de a 0?
El voltaje de compensación cambia lentamente, digamos alrededor de 0,1 Hz. El desplazamiento podría definirse como "ruido" porque no me interesa. Sería mejor conservar la forma original (cerca del 50%) porque después necesito alimentar otro dispositivo con ella.
Para que quede claro: la señal es bastante parecida a una onda cuadrada con 50 % de CC y 12 V pico a pico.
En realidad, tiene un capacitor de desacoplamiento en la entrada de su circuito, podría usar un capacitor de desacoplamiento seguido de un amplificador operacional seguidor
¿Necesita un aislamiento galvánico para lo que propone? ¿Seguridad o nivel lógico o protección?
Porque la señal de entrada proviene de un dispositivo que opera a 400 VDC, mientras que el otro opera a 5V. Así que es principalmente por motivos de seguridad.
Creo que su circuito ya es bastante bueno, si debe usar un optoacoplador. Si desea reducir la cantidad de componentes, puede usar matrices de transistores como 2 o más transistores en el mismo paquete. Lo mismo para la resistencia donde puede tener los tres 1k en un solo paquete, por lo que ya pasa de 5 componentes a dos. Incluso puede tener un paquete con más transistores y usarlo para varios de sus circuitos.
De lo contrario, puede reemplazar la mayor parte del circuito con un amplificador operacional de salida de alta corriente que conduce el opto directamente a través de una resistencia y que se alimenta directamente después del capacitor de desacoplamiento, pero eso probablemente será más costoso, pero usaría solo alrededor de 4 componentes.
También podría transformar su señal en pwm usando un chip especializado y luego hacer el aislamiento galvánico de manera digital con optoacoplador o aislador especializado, eso reduciría el número de componentes a 1 tapa de desacoplamiento, 1 ic analógico a pwm y 1 aislador.

Respuestas (2)

Quiero decir que el voltaje real puede cambiar de 0-12V a 6-18V

Use un circuito comparador analógico que se dispare a 9 voltios: cualquier cosa por encima de 9 voltios produce una salida digital 1 y cualquier cosa por debajo de 9 voltios es 0 digital.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Figura 1. (a) Opción más simple. (b) Opción de sumidero de corriente constante.

      0 ----- 6 ----- 12 ----- 18 V
Min   ==================
Max           ===================
                  _______________
Output __________|

Figura 2. Los rangos de voltaje de interés se superponen, por lo que un punto de conmutación de superposición media podría funcionar.

Al agregar D2 con la clasificación adecuada, es posible que pueda hacer que el opto-LED se encienda a> 9 V y esto funcionaría en todo el rango de voltajes de interés. El problema de diseño es que la corriente a través del LED variará mucho entre su bajo y alto voltaje. Tendría que hacer sus cálculos para ver si esto puede funcionar. Si hace esto, no olvide mirar la relación de transferencia de corriente del optoaislador y ver si puede obtener la oscilación de voltaje de salida requerida a bajas corrientes aumentando el valor de R4.

La Figura 1b agrega la limitación de corriente a 10 mA. Eso resuelve algunos de los problemas de 1a pero a expensas de la complejidad que desea evitar. Puede reemplazar el disipador CC con un diodo de corriente constante (pero observe los cálculos de disipación de calor).

¿Para qué sirve el zener? El desplazamiento es de 0 a 6V pero no es constante de 6V
Consulte la Figura 2. El Zener evita que el opto-LED se encienda hasta que el voltaje de entrada sea > 6 V. El umbral de conmutación de 9 V probablemente sea ideal, ya que se encuentra en la mitad de la región de superposición de las señales de entrada más bajas a las más altas.
Este circuito no funcionaría para el propósito porque el voltaje de compensación puede ser tan bajo como 0.1V de la descripción.
Si el desplazamiento es de 0,1 V, eso significa que la forma de onda de entrada cambia entre 0,1 V y 12,1 V en la frecuencia de entrada. Si el umbral de conmutación es de 9 V, la salida conmutará con la entrada.
Sí, pero la forma de la señal se perderá por debajo de 6V
No. Es una señal digital. Está apagado o encendido (pero el voltaje de apagado puede variar entre 0 y 6 V y el de encendido entre 12 y 18 V). Mi circuito trata cualquier cosa por debajo de 9 V como apagada y por encima como encendida.
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