Ayuda en la comprensión de un circuito (sensor piezoeléctrico)

No estamos aquí para hacer la tarea por usted. Sin embargo, podemos ayudar con preguntas específicas.

¿Qué has hecho para tratar de entender el circuito tú mismo? ¿En qué parte específicamente estás atascado? Sería útil tener una especificación clara de lo que se supone que debe hacer el circuito. Esto incluye el voltaje que se espera que produzca X1 en respuesta al estímulo que está tratando de detectar y alguna idea de la frecuencia. Sin eso, es imposible decir cuáles se supone que son algunos de los valores.

¿Entiende el propósito de cada uno de los componentes? Por ejemplo, ¿qué hace el primer amplificador y cómo afectan R1 y R2 a ese proceso? ¿Cuál es el propósito de D2, C1 y R3 juntos? ¿Por qué hay dos comparadores y para qué sirve la cadena de resistencias R4, R5 y R6?

Agregado:

Parece que ahora ha pensado al menos un poco en el circuito por su cuenta, así que creo que está bien entrar en más detalles sobre cómo funciona.

Mire solo OA1, R1 y R2 por ahora. Debería poder reconocerlos desde un amplificador no inversor clásico. R1 y R2 forman un divisor de voltaje que atenúa la señal de salida para generar la señal de retroalimentación. La ganancia de esta etapa será la relación de atenuación. Por ejemplo, si R1 es de 20 kΩ y R2 de 10 kΩ, entonces el divisor se atenuará en 3 (tendrá una ganancia de 1/3), lo que significa que esta etapa de amplificador operacional tendrá una ganancia de 3.

X1 es un sensor piezoeléctrico, que emite un voltaje cuando se somete a tensión. No está claro qué pretendía el diseñador para D1. Sujetará el voltaje de X1 a una caída de unión de silicio bajo tierra. Eso es bueno, ya que los transductores piezoeléctricos pueden producir voltajes bastante altos cuando se someten a una gran tensión, como cuando se golpean con un objeto duro o se dejan caer al suelo. Este efecto se aprovecha en algunos encendedores de barbacoa para crear una chispa. Si bien los voltajes operativos normales pueden ser bastante pequeños (las ondas de sonido en el aire no van a forzar mucho el cristal piezoeléctrico), los voltajes de las descargas no deseadas pueden dañar fácilmente el OA1. No tengo idea de por qué el diseñador pensó en esto para voltajes negativos pero no para positivos. Como suele ser el caso, el hecho de que alguien dibuje un circuito y lo publique en la web no lo convierte en un buen diseño. Pondría un segundo diodo como D1 en paralelo pero con polaridad inversa. Eso mantendrá el voltaje piezoeléctrico dentro de una caída de unión a cada lado de la tierra, lo que no debería dañar el amplificador incluso cuando no está encendido. Los voltajes piezoeléctricos normales de las ondas de sonido serán mucho menores que eso, por lo que esto no debería interferir con el funcionamiento normal.

Entonces, en una operación normal, la salida de OA1 es la señal piezoeléctrica después de cierta ganancia de voltaje y amortiguada a una baja impedancia. Ahora considere D2, C1 y R3. Tenga en cuenta que la salida de esa sección solo impulsa dos entradas del comparador, que podemos considerar una impedancia infinita para nuestro propósito en este punto. Primero piense solo en D2 y C1. Cuando la salida del opamp sube, se cargará desde C1 hasta D2. Cuando el opamp baja, D2 tendrá polarización inversa y cualquier voltaje que esté en C1 permanecerá. Básicamente, este es un circuito de valor máximo. Capturará el voltaje máximo (menos la caída de la unión directa D2) y lo mantendrá en C1. Un nivel de pico capturado lo suficientemente alto finalmente activará las salidas. Sin embargo, no desea que un solo evento active las salidas para siempre. Ahí es donde entra R3. Hace que el voltaje en C1 disminuya exponencialmente a 0 con el tiempo. Cuando C1 está en faradios y R3 en ohmios, entonces C1*R3 será la constante de tiempo en segundos. Entonces, la entrada negativa a los dos comparadores es el nivel de entrada pico reciente, con cuán reciente ajustado por la constante de tiempo C1*R3. Tal circuito se llamadetector debido a su uso inicial en radios AM para detectar la amplitud de la portadora. Captura (o "detecta") la amplitud de baja frecuencia de una señal de CA de alta frecuencia.

Ahora mire la cadena de resistencias R4, R5 y R6. Esto es solo un divisor de voltaje de dos tomas. Se dan el voltaje superior y las resistencias, por lo que debería poder calcular los dos voltajes de derivación. Estos se convierten en los voltajes de umbral a los que se dispararán los dos comparadores. Cuando la amplitud de la señal piezoeléctrica detectada supera el umbral bajo, HIT1 bajará. Cuando exceda el umbral más alto, TRIG1 bajará. Las dos salidas hacen lo mismo excepto que HIT1 es más sensible que TRIG1. Se necesita una señal más fuerte o un golpe más fuerte para afirmar TRIG1 que para afirmar HIT1. En este caso, asumimos una lógica negativa para estos, por lo que "afirmar" significa bajar en este caso.

No sabemos cómo se usan estas señales, pero considere lo que obtiene si controlan las entradas de una puerta XOR. La salida XOR será verdadera solo cuando el voltaje detectado esté entre los dos umbrales. Tal circuito se llama comparador de ventana porque solo se afirma cuando la señal de entrada está dentro de un cierto rango (dentro de una "ventana" de voltaje).

El análisis anterior supone que el amplificador operacional y los dos comparadores están alimentados correctamente. Desafortunadamente, esto no se muestra, por lo que no podemos decirlo. El TL074 necesita unos pocos voltios de margen en cada extremo, por lo que necesitará un suministro negativo, ya que se espera que funcione con señales de alrededor de 0 V. El TL07x también necesita un voltaje de suministro mínimo. No recuerdo cuánto, pero estoy bastante seguro de que solo 5V no es suficiente. Ejecutarlos desde +9V y -5V probablemente sea suficiente, aunque también pueden subir un poco más.

Como siempre, debe consultar las hojas de datos de las piezas que está utilizando para ver qué requisitos o restricciones especiales tienen y para asegurarse de que se ejecutan dentro de las especificaciones.