¿Cuál es el propósito de estos elementos en este circuito?

Estoy analizando este circuito amplificador de forma de onda continua para un sensor de movimiento de microondas. Este amplificador de alta ganancia se recomienda en la hoja de datos ya que la señal de salida del sensor es extremadamente pequeña (~1uV). Entiendo que están utilizando un integrador de amplificador operacional y configuraciones de diferenciador de amplificador operacional, pero ¿cuáles son los roles/propósitos de las partes encerradas en un círculo? ¿Podría alguien por favor explicármelo ya que mi análisis de circuito está un poco oxidado?

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Edite el dibujo para incluir un designador para cada parte. De lo contrario, tenemos que hablar sobre "la resistencia de 100 kohm en la parte superior del divisor" en lugar de solo "R1" y se vuelve tedioso.
Editado. Además, tal vez no lo veo correctamente, pero ¿cómo son los filtros n. ° 3 y n. ° 4 cuando los componentes RC están en serie? Y para el n. ° 2, ¿no debería ser al revés (primero el condensador) para que sea un filtro de paso alto?
Los filtros pueden tener diferentes topologías. Se utiliza un condensador en serie para eliminar el acoplamiento de CC. Probablemente el nombre "filtro" sea engañoso.
1) es un divisor de tensión que crea una tensión de polarización de 2,5 V.
Pero si los condensadores son para eliminar el componente de CC, ¿cuál es el propósito de R1 en el n.° 2, n.° 3 y n.° 4? Además, ¿cuál es el propósito de C1 en el n. ° 1?
Usted proporcionó algunos designadores de componentes. Sin embargo, omitió un montón de componentes y luego parece que tiene duplicados. Parece que tiene al menos tres C1, tal vez 4. Algunos de los números también son difíciles de leer.
Sin esos 100 UF, corre el riesgo de una oscilación de retroalimentación positiva de las dos etapas del amplificador operacional, o tal vez de una lancha motora.

Respuestas (2)

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Figura 1. Amplificador de forma de onda.

  1. Las resistencias forman una referencia de suministro medio para los amplificadores operacionales alimentados por un solo riel. Con un suministro de 5 V, este voltaje de referencia será de 2,5 V. El capacitor de 100 uF estabiliza este voltaje. Como @Trevor señala en los comentarios, también evita que cualquier señal de entrada de CA (3) afecte a (2).
  2. La entrada no inversora se mantiene en 2,5 V. Sin señal, la salida también debería ir a 2,5 V.
  3. Esta etapa es un amplificador no inversor. Sin la resistencia de 330k, la corriente de polarización del amplificador operacional cargaría o descargaría el capacitor de 4,7 uF hasta que alcanzara +5 V o 0 V. Proporcionar una ruta de CC a la referencia de 2,5 V evita esto.
  4. Es difícil saber para qué sirve el 12k sin un esquema de las entrañas del sensor de movimiento. El capacitor significa que el resto del circuito solo responderá a cambios rápidos del sensor de movimiento.
  5. El amplificador operacional no es inversor. La ganancia viene dada por la fórmula estándar A = 1 + R F R GRAMO = 1 METRO 10 k = 100 . (Observe las unidades descuidadas en el esquema. Debería ser 'k' para kilo y 'M' para mega). El condensador bloquea la CC nuevamente ya que la ruta de CC para la polarización la proporciona la resistencia de retroalimentación de 1M. Probablemente podría haberse omitido y (5) conectado a la referencia de 2,5 V, pero también puede estar haciendo un filtrado de paso alto.
  6. El condensador vuelve a bloquear la CC para que no llegue a la siguiente etapa. La resistencia de 8k2 es la resistencia de entrada de un amplificador operacional inversor.
Gracias por una respuesta clara y detallada. Una última pregunta, ¿el capacitor de 100uF en el n. ° 1 es un capacitor de derivación (al igual que el anterior al terminal de +5 V para el sensor de movimiento)? Si es así, ¿no es la capacidad de 100uF demasiado grande para ese propósito?
Su propósito es mantener estable la referencia de 2,5 V en el mediano plazo si el suministro de 5 V varía. Si miramos la constante de tiempo y dos 100k en paralelo obtenemos τ = R C = 50 k ⋅ 100 m = 5   s . Ese es el tiempo que tardaría en caer un 63% si se cortara el suministro. Podría calcular qué tan bien se mantendría para una caída dada en el suministro, pero diría que el diseñador no se molestó y simplemente lo hizo lo suficientemente grande como para que nunca fuera un problema. Los condensadores de desacoplamiento de 0,1 µF son para transitorios de conmutación muy breves en el sensor de movimiento.
@Hypomania además, la señal de entrada también (accidentalmente) se retroalimenta directamente a esa referencia de medio riel a través de esos 330K. Sin la tapa, podría acoplar parte de esa señal más allá de la primera etapa a la entrada de la segunda ... diseño descuidado si me pides que solo guarde una resistencia.
@Transistor gracias, explicación perfecta, ¡ahora me queda claro!
@Transistor, hice algunas simulaciones e intenté medir el voltaje en el límite de 4.7uF. En ambos casos, con y sin la resistencia de 330k, el máximo que alcanzaría fue de 2,5 V, sinceramente, no puedo ver cómo podría fluctuar de 0 V a 5 V sin ella. La única diferencia fue que se cargó más lentamente con la resistencia de 330k agregada. ¿Podría dar más detalles sobre esto?
Eche un vistazo a la hoja de datos del LM324 o lo que haya usado y verifique la corriente de polarización. Puede que solo sea nA. Luego cree un circuito de simulación con solo el amplificador operacional, un suministro de 5 V y un capacitor en cada entrada. Supervise el voltaje de cada capacitor e informe. Si el simulador es bueno, el condensador se cargará. d V d t = I ⋅ C si recuerdo correctamente.
Tienes razón, estaba usando un simulador más antiguo que no estaba cargando la tapa. Cambié a SPICE y hace lo que has descrito, gracias de nuevo :)
Bien. Retire los 330k de su original y debería ver que el amplificador operacional se satura después de un tiempo cuando la tapa de entrada (4) se carga hacia arriba o hacia abajo. Luego intente volver a colocar los 330k y sacar C en (1) y ver si la CA llega a la entrada + en el segundo amplificador operacional.
@Transistor Perfecto. Creo que lo tengo todo ahora, ¡realmente aprecio la ayuda!
Excelente. No olvide aceptar si está satisfecho con la respuesta.

C1 AC acopla la señal del sensor de movimiento al primer amplificador.

R1 y Rx establecen la ganancia de la primera etapa. El otro C1 hace que la ganancia sea 1 en CC. Esto se debe a que la CC es irrelevante, y hacer que su ganancia sea 1 evita que los voltajes de compensación inunden la señal.

Los otros C1 AC se acoplan de nuevo.

R blob y Rx establecen la ganancia de la segunda etapa.

R9 y R2 generan un voltaje de polarización de la mitad del suministro y C1 filtra el resultado para eliminar el ruido del suministro.

Pero para el voltaje de polarización, ¿por qué necesitamos un capacitor de 100uF? ¿No es un poco redundante?
@Hyp: No, no veo con qué se supone que un condensador que filtra la salida del divisor de polarización es redundante. No hay otra capacitancia que realice la misma función.
¿Cuál es el propósito de estos elementos en este circuito?
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