Signalverarbeitung mit Operationsverstärkern

Ich bin beauftragt, das folgende Signal zu reproduzieren

Verwenden Sie nur Operationsverstärker (und Widerstände).

Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich zwei Signale hinzufügen muss, die quadratische und die dreieckige Wellenform. Es ist nur ziemlich schwer herauszufinden, wie das Signal von -8 V auf 0 V verdreht werden kann.

Ich habe versucht, die Übertragungsfunktion gemäß einem Rechteckwellenformsignal V2 (-6 V min bis 0 V max, Frequenz = 1 Hz) und einer tringularen Wellenform V1 (0 V min, 2 V max, Frequenz = 1 Hz) damit zu erhalten folgende Ausgabe Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Was die folgende Tabelle erfüllt, AUSSER BEI PUNKT V1 = 0, V2 = 0

    V1  V2   V0
    2   -6   8
    2   -6   4
    2    0  -8
    0    0  -4   <---HERES THE PROBLEM ! (Should be zero)
    0   -6   8

Was würde ich tun?

Sowohl das Quadrat als auch das Dreieck werden als Eingangssignale bereitgestellt, die Schaltung erzeugt sie nicht, sondern verarbeitet sie nur, um als Ergebnis das in der Abbildung gezeigte Signal zu erhalten. Es ist für ein Projekt, also eine Art Hausaufgabe, und ich arbeite gerade hart daran. Sowohl die Amplitude als auch der Zeitbereich sind gleich wichtig.

Die positive Steigung der Dreieckswelle benötigt die doppelte Verstärkung der negativen Steigung. Dies ist in einer Opamp- und Widerstandsschaltung nicht ohne einen Trick möglich:

Signal s1 = Dreieckswelle, 0 V bis +4 V
Signal s2 = Rechteckwelle, 0 V bis +12 V
Signal s3 = s1 / 2 + s2 / 2, 0 V bis +8 V.

$\pm$

$\times$

Schema , nur 2 Operationsverstärker und 9 Widerstände:

Eine weitere Option ist diese Schaltung, die die gleiche Anzahl von Operationsverstärkern wie Stevens verwendet, jedoch etwas anders funktioniert.
Es basiert auf unterschiedlichen Verstärkungen für die positiven / negativen Schwingungen (erreicht mit den Dioden in der Rückkopplungsschaltung).
R2, R5 und R11 dämpfen und verschieben das -6V-0V-Signal auf -2V-2V, während dem Operationsverstärker eine Impedanz von 1 kΩ präsentiert wird Eingang. R7 und R8 sollen die unterschiedlichen Verstärkungen für die positiven / negativen Schwankungen einstellen.
Die beiden Komponenten (postiv / negativ abgegriffen von den Punkten "POS" und "NEG") des Endsignals werden dann vom Operationsverstärker U2 summiert und invertiert, und Sie haben Ihr Ausgangssignal.

Simulation:

Sie können die Eingangssignale (blau / rot) und das Ausgangssignal (grün) in der oberen Grafik sehen. Unten sehen Sie die positiven und negativen Komponenten (pink / hellblau), die von U2 summiert werden.

EDIT - Also keine Dioden?

Nur zum Spaß und um die Einschränkungen einzuhalten, ist hier dieselbe Schaltung, aber stattdessen wird ein Operationsverstärker mit Eingangsschutzdioden verwendet ;-)

Und hier ist die Simulation:

Ich habe den Strom durch die Opamp-Eingänge aufgenommen, um die Diodenwirkung zu zeigen. Der Ausgang ist der gleiche wie bei der ersten Schaltung. In der Theorie mit einem beliebigen opamp arbeitet mit nicht strombegrenzten Diode auf der Schiene Eingangsschutz soll.

Was dieses Problem schwierig macht, ist, dass Sie nicht nur die Summe einer Dreieckswelle und einer Rechteckwelle haben. Die negativen Schritte der Rechteckwelle betragen -12 V, die positiven Schritte jedoch nur +8 V.

Der Versuch, das endgültige Signal als eine Kombination aus mehreren Signalen zu erstellen, wie Steven und Oli vorgeschlagen haben, ist vollkommen gültig und kann tatsächlich die beste Antwort sein. Hier ist jedoch eine andere Art, über dieses Problem nachzudenken.

Stellen Sie sich einen Kondensator vor, der mit festen Strömen geladen und entladen werden kann und auch "sofort" auf +8 und -8 Volt hoch und niedrig geklemmt werden kann. Um etwas auszuwählen, verwenden wir zum Beispiel einen 10 nF-Kondensator. Um es in 1 ms um 4 V zu entladen, wären -40 µA erforderlich. Zum Laden von 8 V in 1 ms wären +80 µA erforderlich. Sie könnten separate -40- und +80-Mikroampere-Quellen haben, die zum richtigen Zeitpunkt aktiviert werden. Es ist jedoch wahrscheinlich einfacher, eine feste Quelle mit -40 µA und eine umschaltbare Quelle mit +120 µA zu haben.

Alles kann von einer 500 Hz Rechteckwelle angetrieben werden. Die 120-µA-Stromquelle ist aktiviert, wenn die Rechteckwelle positiv ist (während 1-2 ms und 3-4 ms in Ihrem Diagramm). Die niedrige Seitenklemme wird für kurze Zeit von der ansteigenden Flanke der Rechteckwelle und die hohe breite Klemme von der fallenden Flanke aktiviert. Da die Spannung einmal pro Millisekunde auf eine der Klemmgrenzen zurückgesetzt wird, vermeidet diese Methode ein Durchgehen, wenn die Stufen und Rampen nicht genau Null pro Zyklus ergeben.

Dies ist kein Schema, sondern nur ein Diagramm des allgemeinen Konzepts. Ich habe NPN- und PNP-Transistoren für die Klemmen, nur um die allgemeine Idee zu zeigen. Wie bei einer Diode und / oder einem Widerstand wäre es mehr erforderlich, C2 und C3 rechtzeitig für die nächste Verwendung zurückzusetzen, wenn tatsächlich Bipolartransistoren verwendet werden. Stromquellen können mit Operationsverstärkern erstellt werden, und es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine ein- und auszuschalten.

Auch dies ist ein Konzept, bei dem nur die Details als Übung übrig bleiben. Ich denke jedoch, dass dies in Abhängigkeit von vielen Dingen, die Sie uns nicht mitgeteilt haben, wie Genauigkeit, Ausgabeantrieb, Geschwindigkeit der Kanten usw., praktikabel sein könnte. Ich könnte näher darauf eingehen, wenn dies eine Richtung ist, an der Sie interessiert sind.

Wie wäre es, wenn Sie der Rechteckwelle einen Offset hinzufügen, um sie asymmetrisch zu machen, ihn dann in einen Operationsverstärker integrieren und diesen von der ursprünglichen Rechteckwelle subtrahieren. Ich kann es nicht ganz herausfinden, aber es fühlt sich wie ein praktikabler Ansatz an.