Amplificador operacional de suministro único para convertir 0-5 VCC a +/-2 VCC (microcontrolador a nivel de línea)

Estoy generando una onda sinusoidal de 0-5 voltios usando un arduino con un DAC. Me gustaría cambiar el nivel de esta señal (¿sesgo de CC?) en -2,5 voltios y tener una ganancia de 0,8, de modo que termine con una onda sinusoidal de nivel de línea.

Por lo tanto, estoy tratando de diseñar un amplificador operacional de suministro único con la siguiente ecuación:

V o = ( V i − 2.5 ) × 0.8

Encontré este documento técnico que se supone que describe una forma de hacer esto, pero tengo problemas para seguirlo porque soy nuevo en los amplificadores operacionales.

https://www.eecs.umich.edu/courses/eecs452/Labs/circuit4.pdf

¿Alguien sabe de una manera de hacer esto con un solo amplificador operacional o IC?

Debe conservarse el rango de frecuencia de 20 Hz a 20 KHz.

No puede producir una salida de -2 V desde un amplificador operacional con solo un suministro positivo.
¿Puede decirnos la amplitud objetivo de pico a pico y la compensación de CC en lugar de su transformación, que me parece ambigua?
@loudnoises, la amplitud objetivo de pico a pico es de 4 voltios y la compensación de CC es de -2,5 voltios.
@ThePhoton, ¿podría lograr esto usando dos amplificadores operacionales si mi primera etapa de amplificador operacional tuviera una ganancia de -1?
No sin un suministro negativo.
Es concebible resolver el problema como se indica, si su "amplificador operacional de suministro único" solo tiene un suministro negativo.
@ThePhoton sí, necesito conservar 20Hz-20KHz.

Respuestas (3)

Tienes la siguiente situación :

Arduino con DAC genera una onda sinusoidal de 0V - +5V (2,5V +/- 2,5V).

La salida debe ser -2V - +2V sin onda (0V +/- 2V).

SOLUCIONES POSIBLES :

solución #1 :

Arduino con DAC + C1 + R1 + R2 (todos los elementos están en serie).

  • C1 + R, donde R = R1 + R2 es un filtro de paso alto
  • R1 y R2 es un divisor de tensión con una ganancia de 0,8 V/V
  • se puede usar si DAC puede generar / hundir suficiente corriente

.

solución #2 :

Arduino con DAC + buffer opamp + C1 + R1 + R2 (todos los elementos están en serie).

  • Úselo en caso de que su DAC no pueda generar / hundir suficiente corriente

.

solución #3 : Arduino con DAC + restador opamp + C1 + R1 (todos los elementos están en serie).

  • C1 + R1 es un filtro de paso alto

Un solo opamp en una configuración del restador se encarga de su ecuación:

Vo = (Vi-2.5) * 0.8

sustractor

Mira aquí: http://www.mtcmos.com/subtractor/ . Le gustaría usar la configuración al final del artículo, es decir, la izquierda de esta imagen:

la solución

Configura:

  • R2/R1 = 0,8
  • V1 = 2,5 V
  • V2 = Vi

Entonces obtienes:

Vo = 0,8 * (Vi - 2,5)

También puede consultar este libro electrónico https://payhip.com/b/5Srt . La explicación del circuito sustractor está un poco mejorada allí (el núcleo es el mismo), pero también se explican otras configuraciones.

Esto no funcionará con un amplificador operacional de suministro único según lo solicitado por OP.
El autor debe especificar adecuadamente los requisitos de entrada y salida. Es obvio que el amplificador operacional de suministro único no puede generar voltajes negativos.
@circuitry ¿Podría especificar la señal de entrada y salida? ¿La señal de entrada es de onda sinusoidal de 0 a 5 V (2,5 V +/- 2,5 V) y la salida debe ser de -4,5 a 0,5 V (-2 V +/- 2 V)?
@Tako, el voltaje de entrada es de 0-5 voltios y el voltaje de salida debe ser de +/- 2 voltios.
@circuitry Ok. El voltaje de entrada es de 0-5 V. ¿Pero la salida es de 0 V +/- 2 V? ¿Y cuál es la fuente de alimentación? Solo 5V?
@Tako correcto, los ruidos de imagen proporcionados son una representación precisa de lo que estoy tratando de lograr. Solo tengo un suministro de 5 voltios. Parece que necesito invertir la fuente de alimentación con un amplificador operacional y proporcionar otro amplificador operacional con +5 y -5 voltios para lograr lo que quiero. Pero el libro blanco que publiqué me hizo pensar que era posible lograr todo esto con un amplificador operacional. Creo que podría usar los ruidos de la solución de serie/condensador ofrecidos con un amplificador operacional de búfer para lograr todo esto con un amplificador operacional, pero aún no lo he probado/no estoy seguro.
@circuitry Mejoré la respuesta. Mira si soluciona tu problema ahora.

Creo que está tratando de asegurarse de que su señal de salida no tenga una compensación de CC con un voltaje máximo de 2 V. Simplemente puede eliminar una compensación de CC insertando una capacitancia en serie:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Lo que producirá la siguiente conversión:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero será un paso alto, por lo que debe elegir sus valores de capacitancia para asegurarse de no reducir la amplitud del seno a la frecuencia especificada (que no ha proporcionado).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Otra mejora adicional sería colocar un búfer de amplificador operacional después de esto, sin embargo, eso requeriría un suministro dual (es decir, ±V).

La ecuación importante para su amplitud es del divisor de resistencia:

V o tu t = V i norte R 2 R 1 + R 2 , 4 = 5 40 10 + 40

¡Genial gracias! Entonces, ¿esto filtrará algunas frecuencias? Idealmente, me gustaría mantener todas las frecuencias que los humanos pueden escuchar (20Hz-20KHz). Por lo tanto, parece que debo invertir mis 5 voltios y luego configurar un amplificador operacional de suministro dual para hacer esto. A menos que sea posible establecer los valores límite aquí para que no filtren las frecuencias dentro del rango auditivo humano.
El diseño dado muestra una frecuencia de corte de paso alto mucho más baja que 20 Hz. El principal problema con el diseño es que no podría conducir mucha carga con él, por lo que, a menos que esto se vaya a amortiguar, tendrá problemas.
¿Sabe qué determina la corriente de salida máxima que esto podría generar? Estoy usando un DAC MCP4725, ¿la corriente de salida está determinada por el DAC? Si es así, parece que el MCP4725 puede generar 25 mA, lo que probablemente sea suficiente para el audio de nivel de línea.
Sí, su DAC tiene un amplificador incorporado que parece estar bien para la mayoría de los equipos de audio (que tienden a tener una alta impedancia de entrada). Realmente depende de tu carga. Además, dado que su DAC tiene un amplificador incorporado, sería mejor que dedicara tiempo a diseñar un suministro negativo. Si hiciera esto, no necesitaría ningún circuito adicional en la salida, lo que le daría un mejor rendimiento de audio.

Un amplificador operacional no puede producir una salida negativa si solo tiene un suministro positivo.

Debe ver cómo hacer un suministro negativo a partir de su suministro positivo existente. Es probable que un inversor de condensador conmutado sea suficiente, siempre que las corrientes de carga no sean demasiado altas.

Tendrá al menos 2 circuitos integrados: el amplificador operacional y el inversor de voltaje.

Si tuviera un suministro de +/- 5 voltios, ¿cómo diseñaría la ganancia y la compensación de CC para hacer que mi objetivo sea un pico de +/- 2 voltios?
Esa es una pregunta diferente. Si no se ha preguntado antes (casi seguro que sí), publíquelo como una nueva pregunta.
Amplificador operacional de suministro único para convertir 0-5 VCC a +/-2 VCC (microcontrolador a nivel de línea)
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v