Domanda:
Segnale di clip con soglia molto bassa
borges
2012-10-25 02:41:59 UTC
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Devo limitare un segnale al seguente intervallo: [-0.25V, 0.25V] . Questo segnale proviene da un resistore di shunt in serie con un carico con impedenza variabile su una rete elettrica 220V .

Il progetto prevede carichi fino a 1A di picco, ma non posso garantire che questa restrizione venga sempre rispettata. Ma devo garantire che la tensione risultante non superi l'intervallo specificato.

Per dare una piccola garanzia, sto usando uno shunt la cui resistenza equivalente è approssimativamente 0,235 ohm , che genera una tensione leggermente inferiore al limite quando viene consumato 1A .

Non posso usare diodi normali perché la sua tensione diretta è troppo alta. Ho provato a utilizzare due diodi Schottky a bassa tensione diretta ( BAT46), ma non ha funzionato nelle mie simulazioni.

Come posso farlo? Ho bisogno di una soluzione che utilizzi componenti semplici, perché dove vivo non hanno una grande varietà di componenti e per acquistare quei componenti su Internet ci vuole più di un mese per arrivare. Ho già questo BAT46 che ho menzionato.


Prima modifica

Ecco il mio schema attuale:

circuit schematic

Dove :

  • R_IC è l'impedenza del pin di ingresso dell'IC, secondo la sua scheda tecnica.
  • R_LOAD è il carico variabile già menzionato. Nella maggior parte dei casi, consumerà meno del picco di 1A , in altre parole, la sua impedenza "media" sarà sempre superiore a 311 ohm . Ma sto cercando di evitare che l'intervallo del pin di ingresso venga superato in possibili picchi (quando il carico è collegato, ad esempio).

Da quando ho posto la domanda ieri sera, ho continuato a cercare alternative. Ho trovato una tensione del circuito di clipping in un libro di Malvino e Bates. La differenza rispetto al mio circuito originale è la presenza del resistore R_C . Il libro dice che il suo valore dovrebbe essere intorno all'1% del valore di caricamento (che in questo caso è R_IC).

Devo dire che il risultato della simulazione è migliorato notevolmente con il presenza del R_C . E credo di aver capito il suo scopo: è "consumare" la differenza di potenziale che supera la soglia che stabiliranno i diodi. Ma ancora il limite stabilito non viene rispettato.

results

Sono aperto a suggerimenti su come garantire che il limite sia rispettato con meno "tolleranza. " Ma come ho detto, ho bisogno di soluzioni che utilizzino componenti semplici (diodi, transistor, amplificatori operazionali, ecc.).


Seconda modifica

Ora sto offrendo una piccola taglia (in base alla mia bassa reputazione).

Ho cercato altre soluzioni e sono riuscito a montare il seguente circuito:

circuit2

Ora sto usando diodi "normali" (tensione diretta di circa 0.6V ). Il primo stadio degli amplificatori operazionali consiste nel non interferire con la resistenza equivalente (penso che questo sia ufficialmente noto come "trasformazione dell'impedenza"). Il secondo amplificatore operazionale serve per invertire il bias.

In questo modo posso "rimuovere" la tensione dai diodi e metterli in corto con meno tensione.

Come puoi vedere, questo apparentemente funziona (input a sinistra, output a destra):

results2

Ma quando l'input è sotto la soglia, l'output è leggermente inferiore all'input:

results2b

Questo non è un vero problema, ma se posso evitarlo, sarebbe meglio.

Ora ... le domande:

  • Prima di tutto, funzionerà?
  • Ho usato questo simulatore perché è molto semplice. Ma non ho scelto un opamp. L'unico opamp che conosco è il 741. Quali opamp mi puoi consigliare?
  • A proposito dei diodi ... 1N400x serve a questo scopo?
  • Come posso fornire un'alimentazione negativa per tutti gli amplificatori operazionali?
  • Come posso calibrare meglio i valori dei componenti per avvicinarmi ancora di più alla soglia?
Puoi mostrare lo schema di ciò che hai simulato? I diodi Schottky dovrebbero funzionare in questa situazione, supponendo che non siate troppo esigenti su quale tensione si verifica esattamente il clipping.
Ho escogitato un modo per creare un morsetto di precisione attivo utilizzando un paio di circuiti raddrizzatori di precisione, a condizione che la larghezza di banda richiesta non sia troppo grande. Richiede tre operazionali ... se pensi che possa essere applicabile, lo scriverò come risposta.
Seguendo il requisito che la tua domanda implica, un approccio alternativo potrebbe essere quello di rinunciare del tutto al resistore di shunt e utilizzare un accoppiamento bobina per rilevare la corrente in modo non invasivo. Le bobine di rilevamento della corrente sono disponibili con varie funzioni di trasferimento, oppure potresti semplicemente caricarne una tua. Limitare la tensione sull'uscita risultante diventa un problema di amplificatore operazionale a bassa tensione, semplice e sicuro.
Non posso parlare della disponibilità nel tuo paese, ma Microsemi UPS115U ha una tensione diretta massima garantita di 220 mV a 1 A ed è "ampiamente disponibile" negli Stati Uniti (ovvero è disponibile presso Digikey). È probabile che il tuo BAT46 causi problemi poiché è valutato solo per una corrente di picco ripetitiva di 350 mA o 150 mA continua.
@ThePhonon: Ho modificato la mia domanda. E riguardo l'UPS115U ... Non posso usarlo perché ci vorrebbero settimane per arrivare a Recife / Brasile.
@DaveTweed: per favore rispondi! :)
Dov'è la fonte di tensione nel tuo schema? Qual è la scala sul tuo grafico?
@ThePhoton: la sorgente di tensione è la "sonda" a sinistra di "R_LOAD". La scala è 0,1 V / div per entrambi i segnali.
@DaveTweed potresti spiegarmi come realizzare la pinza usando amplificatori operazionali?
Nel circuito dell'amplificatore operazionale, la tensione di riferimento è instabile perché include qualsiasi ondulazione e rumore presenti nel + 5V. La cosa più semplice da fare è mettere un grosso tappo elettrolitico in parallelo con 1K che va a terra. Un altro modo è utilizzare un amplificatore operazionale di riserva come filtro passa-basso Sallen-Key per generare la tensione di riferimento da quel partitore di tensione. Questo non solo può utilizzare condensatori più piccoli, ma ha un rolloff di secondo ordine.
Tre risposte:
Dave Tweed
2012-10-31 21:48:58 UTC
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Ecco il circuito di bloccaggio attivo che ho inventato. L'ho inserito in Circuitlab in modo da poterlo simulare e verificare le sue prestazioni.

Ogni volta che l'ingresso tenta di oscillare oltre una delle soglie di bloccaggio, che sono determinate dalle sorgenti ± Vclamp in combinazione con i resistori, i corrispondenti il raddrizzatore di precisione produce un segnale che compensa la sovratensione, mantenendo costante l'uscita alla soglia di bloccaggio. Con i valori della resistenza mostrati, il valore di ± Vclamp deve essere 2/3 del livello di bloccaggio desiderato.

Si noti che se le soglie non sono simmetriche, l'uscita avrà un offset CC.

Notare che l'uscita è invertita rispetto all'ingresso. Ciò è necessario perché l'ingresso invertente di OA3 deve essere un "terreno virtuale" affinché il missaggio funzioni correttamente. Se necessario, è possibile aggiungere un buffer invertente all'uscita.

Notare che R1, R2, R3 e R4 devono avere lo stesso valore. Inoltre, R5, R6, R7 e R8 devono essere lo stesso valore, ma non necessariamente lo stesso valore del primo gruppo. Tuttavia, tieni presente che R5 e R6 influenzano la relazione tra ± Vclamp e la soglia di bloccaggio effettiva. La relazione 2/3 vale solo se tutti gli 8 resistori hanno lo stesso valore.

CircuitLab Schematic mvvek8

Il grafico seguente mostra tre onde sinusoidali di ingresso di 200, 300 e 400 mV (blu, marrone, grigio, rispettivamente) e le corrispondenti onde di uscita invertite che sono fissate a ± 250 mV (rispettivamente rosso, blu e viola). Inoltre mostro le forme d'onda per V1 e V2 per il case da 400 mV (le due forme d'onda funky che attraversano il centro).

plot of simulation

Sì, quando ho letto questo mi è venuto in mente di fare una specie di raddrizzatore di precisione con gli operazionali. Sembra che tu abbia risolto tutto :)
È brillante! Voglio usarlo come metodo per fornire la distorsione della chitarra. L'ingresso della chitarra è ~ 200 mv 20-20.000 Hz Mi chiedevo se potessimo in qualche modo calcolare la media della tensione di uscita massima di questo circuito nel tempo e alimentare in vclamp un terzo di quella media.Probabilmente questo fornirebbe una certa quantità di clipping a qualsiasi segnale piuttosto che limitarsi a vclamp? È fattibile?Mi simuleresti questo perché sono troppo stretto per pagare il circuito?Ti pagherei in taglia :)
Anindo Ghosh
2012-10-25 14:53:07 UTC
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Per il monitoraggio della corrente in una linea di alimentazione CA, un sensore non invasivo come SCT-013-000 (collegamento alla scheda tecnica) potrebbe soddisfare le tue esigenze:

  • Nessun resistore shunt necessario quindi nessun riscaldamento in caso di sovracorrente;
  • L'uscita del sensore è isolata dalla linea di alimentazione, quindi nessun rischio di elettrocuzione;
  • La tensione di uscita è 0-50 mV per un massimo di 10 Ampere, quindi ben entro l'intervallo specificato;
  • Tali dispositivi di induzione in genere saturano un po 'oltre il limite di corrente progettato, quindi l'uscita di tensione arbitraria al sensore è impedito.

Per amplificare la tensione rilevata fino a un intervallo di 250 mV, se necessario, un circuito di amplificazione operazionale di base funzionerà bene, senza bisogno di isolamento di linea.

Esistono sensori simili con un rilevamento della corrente CA inferiore (0-5 amp o 0-1 amp) e con uscite preamplificate e persino digitali, per perfezionare le specifiche in modo più preciso. Tuttavia, non sono così economici come questo dispositivo: puoi trovarlo per $ 30, forse anche meno.

Esistono altre specifiche che richiedono l'uso dell'approccio del resistore di shunt? In tal caso, aggiorna la tua domanda di conseguenza per ulteriori input.

La ringrazio per la risposta. Ma purtroppo non posso usare un sensore di questo tipo perché non lo trovo facile da acquistare, quindi farebbe un acquisto internazionale, che richiederebbe settimane per la consegna. Ma questo sensore mi è piaciuto molto e penso che lo acquisterò per le future versioni di questo progetto. Ho modificato la mia domanda.
Danilo Roascio
2012-11-07 06:16:37 UTC
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Sono in ritardo alla festa, ma ecco un circuito alternativo a quello proposto da Dave. Mi è sembrato che valesse la pena pubblicarlo poiché è molto più semplice, anche se il clipping non è così duro o stabile con la temperatura.

Schematic

Tutti i valori dei componenti sono commerciali . Se non riesci a trovare un amplificatore operazionale TLC2272, prova con un TL081 (ma fai attenzione perché non è rail-to-rail).

Il divisore di tensione all'uscita può essere omesso se Vorrei avere un bonus di 1,8 volte di guadagno sul segnale che devi acquisire. L'uscita è negata rispetto all'ingresso: potresti mettere un altro amplificatore operazionale dopo il divisore per invertire il segnale, ma IMHO l'inversione è più facile da fare in software e si salva un componente.

Se si è necessario modificare la tensione di uscita massima \ $ V_ {clamp} \ $, puoi calcolare \ $ R_2 \ $ con la regola pratica

$$ R_2 = \ frac {0.45} {V_ {clamp} } R_1 = \ frac {0.45} {V_ {clamp}} 1000 $$

Se vuoi ridurre al minimo la distorsione a \ $ V_ {lin} \ $ e clampare leggermente più in alto (a circa \ $ 1,7 \, V_ {lin} \ $), puoi usare

$$ R_2 = \ frac {0.26} {V_ {lin}} R_1 = \ frac {0.26} {V_ {lin}} 1000 $ $

In entrambi i casi, \ $ R_3 = \ frac {R_4} {R_1} R_2-R_4 \ $. Con \ $ R_4 = R_1 \ $, diventa \ $ R_3 = R_2-R_4 = R_2-1000 \ $.

Ecco una simulazione nel dominio del tempo dal progetto CircuitLab. Una simulazione di frequenza mostra un buon comportamento fino a 50 kHz.

Time domain plot



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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