Análisis de CA de un circuito que incluye resistencias variables

Tengo un problema relacionado con el análisis de CA de un circuito simple que contiene resistencias variables (cada resistencia variable es un sensor de presión). Estoy seguro de que esto es bastante simple, pero nunca he trabajado en redes variables y no puedo encontrar respuestas buscando en la web.

Circuito de resistencias variables

Meta

R1, R2, R3 y R4 son las resistencias variables, cada una correspondiente a un sensor de presión. Su resistencia varía con la presión aplicada, que es un proceso estocástico (seguimiento de la presión de la mano). Mi objetivo es rastrear en 1D la presión a lo largo del sensor, gracias a las múltiples áreas de presión.

Sé que el circuito es malo, tiene mala dinámica, etc. pero necesito un circuito muy compacto y económico que pueda encontrar el valor de las resistencias R1 a R4 midiendo los voltajes de salida a través de un ADC. La forma más sencilla que he encontrado es esta, donde pongo resistencias iguales R entre el voltaje de tierra/alimentación y cada resistencia variable. De esta manera, puedo medir los voltajes de salida V0 a V4 y encontrar las resistencias mediante un análisis rápido del circuito.

En consecuencia, solo quiero medir la presión con no tanto ruido para poder concluir si el trabajo que estoy haciendo requiere más inversión o si esto es inútil para dedicarle más tiempo.

Problema

Las resistencias R1, R2, R3 y R4 son variables. Quiero filtrar los voltajes de salida (V0 a V4) ya que no ven una variación en el voltaje superior a la frecuencia nyquist de mi convertidor ADC. Puedo muestrear a 50 kHz, pero enviar mis datos a la computadora lleva tiempo y necesito filtrar frecuencias superiores a 500 Hz. Para este propósito, me gustaría usar un filtro pasivo para eliminar las frecuencias por encima de los 500 Hz y luego usar un filtro digital para eliminar todo lo que esté por encima de los 500 Hz.

Así que tengo dos formas de hacer este filtro pasivo:

  1. Encontrar el R y C coincidentes que reducirán el impacto de las resistencias variables y filtrarán cerca de 500 Hz en cualquier caso. Creo que es problemático ya que R1 a R4 varían en el tiempo y son un proceso estocástico;
  2. Encontrar una manera de reducir al máximo la impedancia de salida de cada salida y usar un filtro RC en cascada con cada salida. Me gustaría no usar un amplificador operacional;

AC Análisis del circuito

¿Puedo considerar el circuito como múltiples redes de dos puertos en cascada (filtro RC simple)?

Vd es mi tensión de alimentación, todas las resistencias R y el condensador C son iguales.

Pensé que sería posible modelar el circuito así, ya que la carga del capacitor provocó el transitorio. Tenga en cuenta que no incluí V3 y V4 para borrar el esquema, pero obviamente debería hacerlo.

Modelo de CA

¿Tiene alguna idea de cómo se supone que debo realizar el análisis de CA? ¿Cómo puedo encontrar el ancho de banda de cada salida Vx en respuesta al cambio de presión en cada sensor de presión Rx?

¿Cómo le digo a Spice que, digamos, R4 cambia entre la resistencia Rlow y Rhigh en una onda cuadrada que aumenta en frecuencia de 10 Hz a 10 MHz? ¡Muchas gracias por tu ayuda!

Desea "conocer la función de transferencia del voltaje de salida V1 cuando ocurre un cambio en la resistencia R1". ¿Qué significa esto - "cuando ocurre un cambio"? ¿Después del cambio? Una función de transferencia se aplica únicamente a condiciones de estado estacionario.
¿Su simulador hace análisis de monte carlo?
Hola, gracias por tu respuesta. He editado mi publicación, espero que sea más clara. Quiero filtrar los cambios rápidos de los valores de la resistencia (R1 a R4 son variables, con la presión). Entonces, estaba buscando una manera de encontrar los valores C y R (mira el primer esquema) que filtran estos cambios rápidos. Sin embargo, no sé cómo comenzar a analizar el circuito y determinar los valores de R y C ya que las resistencias R1 a R4 son variables. Prefiero encontrar un método "analítico" si es posible, ya que tendría que explicar mi enfoque.

Respuestas (2)

Si está construyendo un filtro antialias, deshágase de los componentes llamados R (no ayudan y también atenúan la señal en toda la banda base), debe considerar varias secciones en cascada hechas de esta manera: -

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Elija un valor de R y C y realice un análisis de CA y, si las frecuencias de corte siguen siendo demasiado altas, aumente R hasta que no lo sean.

Por cierto, no es una excelente manera de diseñar un filtro antialiasing y no será tan bueno como un par de filtros Sallen-Key de segundo orden hechos con amplificadores operacionales, pero de todos modos debería ser suficiente.

Gracias por su respuesta. Incluso si está atenuando la señal, necesito las resistencias R para calcular mis resistencias variables más rápido en mi microcontrolador. Voy a probar como me propones, gracias de nuevo.
@jujux789 ¡Tengo que decir que no tenía ningún sentido para mí! ¿Por qué usar un microcontrolador para calcular valores de resistencias variables (más rápido o no)? ¿Por qué demonios deberían ser variables? ¿Está cambiando dinámicamente la velocidad de muestreo de su ADC?
Estoy usando una serie de sensores de presión y necesito un diseño muy compacto para mi propósito. Es la forma en que alcancé el muestreo más rápido usando menos espacio. Si elimino las resistencias R, pierdo resolución y no puedo estar seguro del valor de la resistencia variable, ya que dos paralelos uno puede estar conectado a tierra. Es mi pensamiento, tal vez estoy equivocado.
¿Por qué no explica en su pregunta lo que está tratando de lograr y deja que la gente supuestamente inteligente en EE decida qué opciones son las mejores?
Lo siento, no pensé que fuera tan importante, pero cuando he visto tu respuesta, definitivamente me equivoqué, voy a completar la pregunta.

Tengo un problema relacionado con el análisis de CA de un circuito simple que contiene resistencias variables.

Si las resistencias cambian con el tiempo, el sistema no es invariante en el tiempo .

Si la tasa de cambio de la resistencia es muy lenta en comparación con la tasa de cambio de las señales de interés, el sistema es casi invariable en el tiempo y, dentro de los límites, se pueden usar técnicas de análisis de frecuencia LTI.

Sin embargo, si la tasa de cambio de la resistencia no es muy lenta, el análisis de respuesta de frecuencia de CA estándar, que asume que el sistema es LTI, ya no es aplicable.

Consulte, por ejemplo, Filtrado de variantes de tiempo para conocer algunas consideraciones.

Es exactamente el problema que pensé que tendría... Sin embargo, el cambio en la resistencia es estocástico ya que depende de la variación de presión (ejercida por la mano). Como puedo hacer en ese caso?
Análisis de CA de un circuito que incluye resistencias variables
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