Усилитель с регулируемыми усилением и смещением. Опции

[Herz]

Предлагаю разминку. Требуется аналоговое решение.
Нужен усилитель с однополярным питанием, скажем, 30В. Выходное напряжение должно регулироваться по амплитуде и иметь регулируемое постоянное смещение в тех же пределах: 0-30В. Но такое, чтобы сигнал не ограничивался, а пропорционально смещению уменьшалась выходная амплитуда. То есть, при смещении 15В (половина питания) выходное напряжение могло иметь максимальный размах (rail-to-rail), а при смещениях 10В или 20В - соответственно, максимальную амплитуду в 5В. Ну, и так далее. Амплитуда входного сигнала - константа. Частоты 0 ... 50Гц. Предложите свой вариант.

[DS]

Если сигнал смещения - некоторый параметр, который, например, устанавливается пользователем, можно обойтись без диодов. Либо просто проигнорировать изменение фазы на 180 град, либо переключать знак входа умножителя.

[Tanya]

Если сигнал смещения - некоторый параметр, который, например, устанавливается пользователем, можно обойтись без диодов. Либо просто проигнорировать изменение фазы на 180 град, либо переключать знак входа умножителя.

Нет, не получится.

[DS]

Нет, не получится.

С компаратором и переключением масштабирующих входов или инвертирующим усилителем получится. По крайней мере отпадет геморрой со взятием модуля на диодах. Но при любом раскладе будет неприятная область вблизи 0 смещения, но ее можно вылечить гистерезисом компаратора.

[Tanya]

С компаратором и переключением масштабирующих входов или инвертирующим усилителем получится. По крайней мере отпадет геморрой со взятием модуля на диодах. Но при любом раскладе будет неприятная область вблизи 0 смещения, но ее можно вылечить гистерезисом компаратора.

Компаратор с ключом - тот же диод...
И нечего тут плохого не вижу. Компаратор, управляя ключиком должен менять знак разности для малого члена (при малой разности), уменьшающего коэффициент умножения при отклонении смещения от середины. Тут ошибка будет маленькая. Только умножители нынче дорогие стали. Есть еще вариант с временным разделением с последующим усреднением.
А еще проще и дешевле - микроконтроллер и умножающий ЦАП.
Но было условие ТС - аналоговое решение.

[DS]

Компаратор с ключом - тот же диод...
И нечего тут плохого не вижу. Компаратор, управляя ключиком должен менять знак разности для малого члена (при малой разности), уменьшающего коэффициент умножения при отклонении смещения от середины. Тут ошибка будет маленькая. Только умножители нынче дорогие стали.

Компаратор - лучше диода. Он до долей милливольта может отслеживать. С диодами начнуться проблемы из-за обртаных токов на куда больших сигналах.

Там еще всякие смещения добавятся, поэтому, если вся схема входит в какую-то петлю обратной связи такое "щелканье" может лишить ее устойчивости.

Умножители есть дешевые, если не нужны прецизионные типа ad734 и иже с ним.

[shkal]

Умножители есть дешевые, если не нужны прецизионные типа ad734 и иже с ним.

Есть ли что-то дешевле AD633 (примерно $8 в розницу)?

[DS]

Есть ли что-то дешевле AD633 (примерно $8 в розницу)?

Смотрите в сторону умножителей, используемых в смесителях приемников.

Есть сомнения. Ведь точка неопределённости, о которой мы говорим, возникает от неоднозначной интерпретации знака смещения, нет? Если оно всегда будет иметь один знак, то останется лишь ошибка, связанная с гистерезисом. Хотя... Промоделировать, что ли?

Нет, не с гистерезисом, а с тем, что при переключении знака вблизи 0 выход будет иметь маленькую ступеньку - полностью ее избежать принципиально невозможно. Дальше надо считать коэффицент усиления по петле от этой ступеньки, если он отличен от нуля, система будет неустойчивой. У Вас эта ступенька влияет на амплитуду переменного напряжения, причем в такой точке, где его амплитуда максимальна. Так что в обычных условиях вы даже не сможете этой ступеньки заметить. Создаст ли такая паразитная модуляция амплитуды хоть какой-нибудь отклик на датчике обратной связи ? В любом случае, есть классический способ ликвидировать влияние этой ступеньки, подмешав в канал смещения синусоиду с частотой, которая отфильтровывается петлей, но еще пропускатеся схемой. Например, ту же переменную составляющую, которой Вы управляете. Смысл в том, что переход ступеньки туда-сюда усредняется, и дает среднее значение, пропорциональное сигналу смещения, пусть и с несколько другим коэффициентом. Но при этом не получается неограниченного усиления.

[=L.A.=]

Смотрите в сторону умножителей, используемых в смесителях приемников.

Нечего и смотреть. Аналоговым способом не сделать. Поскольку товарисчь задает нереализуемые задачи - ему надо, чтобы вся эта штука работала и на нулевой частоте. Но если и сигнал и смещение являются постоянными напряжениями их невозможно отделить друг от друга на выходе как аналогового умножителя, так и сумматора и др ( что там еще предлагали ).

Цифровым способом решить задачу возможно. Но надо ли вообще её решать?

Сообщение отредактировал =L.A.= - Jun 6 2011, 05:32

[Herz]

Нечего и смотреть. Аналоговым способом не сделать. Поскольку товарисчь задает нереализуемые задачи - ему надо, чтобы вся эта штука работала и на нулевой частоте. Но если и сигнал и смещение являются постоянными напряжениями их невозможно отделить друг от друга на выходе как аналогового умножителя, так и сумматора и др ( что там еще предлагали ).

Цифровым способом решить задачу возможно. Но надо ли вообще её решать?

Категорично. Но не убедительно. Задачу решать не обязательно - дело добровольное. Товарисчь предложил её лишь как "разминку", для тренировки фантазии, так сказать... Обратите внимание: некоторые коллеги совершенно разучились мыслить "аналогово" и не только считают, что цифровое решение проще, но что оно и единственно возможное. Даже сама постановка задачи вызывает у них протест. Между тем, это совершенно не так. Все дискретные преобразования - лишь частный случай "аналоговых", непрерывных. С очевидными ограничениями. Но нам, поколению пепси, уже так проще и понятнее: вот он ноль, а вот она - единица. Их легко отделить друг от друга.
Кстати, если считаете принципиальным, давайте возьмём нижнюю границу частоты входного сигнала - 0.1Гц. Хотя я не понимаю, зачем на выходе сигнал и смещение отделять друг от друга, буде они даже представляют собой постоянные напряжения. Важно лишь, чтобы их сумма не вышла за диапазон output voltage swing.

[=L.A.=]

Хотя я не понимаю, зачем на выходе сигнал и смещение отделять друг от друга, буде они даже представляют собой постоянные напряжения. Важно лишь, чтобы их сумма не вышла за диапазон output voltage swing.

Видимо, вы тоже разучились мыслить аналогово, раз не понимаете. Разделять сигналы нужно, чтобы организовать обратные связи. Ваше смещение, как я понимаю, не должно усиливаться? То есть, коэффициент передачи для смещения всегда 1. А усиление сигнала должно меняться, раз вы регулируете амплитуду на выходе.
А цифровое решение ( на микроконтроллере) в данном случае логичнее потому, что цифровая схема "знает" и текущее значение напряжения питания и допустимые уровни сигнала на выходе и уровни смещения и сигнала на входе и все эти данные использует для вычислений результата. И нет проблем с получением модулей сигнала, квадратов и прочих функций.

***Конечно, можно обойтись и без обратной связи - обработать сигнал, а потом суммировать со смещением, но тогда будем иметь накопление сигнала ошибки. Причем, поскольку схема аналогового вычислителя, ИМХО, получится громоздкой, то и ошибка будет существенной.***

Решение этой задачи считаю ненужным, поскольку непонятно, куда его применить , это решение.
С вопросами по тренировке фантазии лучше обратитесь к студентам. Хотя у них нынче большие проблемы во всём, что касается точных наук, а в фантазиях на технические темы - особенно. Ну может хоть как-то разомнут свои деревянные мозги.


Сообщение отредактировал =L.A.= - Jun 7 2011, 04:33

[Herz]

Видимо, вы тоже разучились мыслить аналогово, раз не понимаете.

Возможно. Тем не менее наберусь храбрости утверждать, что если есть "цифровое" решение, существует и аналоговое. Какое из них "логичнее" - второй вопрос.

Разделять сигналы нужно, чтобы организовать обратные связи. Ваше смещение, как я понимаю, не должно усиливаться? То есть, коэффициент передачи для смещения всегда 1. А усиление сигнала должно меняться, раз вы регулируете амплитуду на выходе.

Для того, чтобы не усиливать смещение, достаточно подать его на отдельный вход. Повторюсь, на выходе разделять сигналы не нужно. ОС от суммы сигналов должна действовать только на КУ. С постоянными напряжениями такое сделать даже проще. Представьте два последовательных каскада: усилитель с регулируемым усилением и повторитель с регулируемым смещением. Выходное напряжение (сумма) управляет коэффициентом усиления первого каскада. Uвых.макс = Uвх*1 + Uсм.макс - предельный случай. Напомню, амплитуда (уровень) входного сигнала - константа.

А цифровое решение ( на микроконтроллере) в данном случае логичнее потому, что цифровая схема "знает" и текущее значение напряжения питания и допустимые уровни сигнала на выходе и уровни смещения и сигнала на входе и все эти данные использует для вычислений результата. И нет проблем с получением модулей сигнала, квадратов и прочих функций.

Всё это было известно и аналоговым схемам.

Решение этой задачи считаю ненужным, поскольку непонятно, куда его применить , это решение.
С вопросами по тренировке фантазии лучше обратитесь к студентам. Хотя у них нынче большие проблемы во всём, что касается точных наук, а в фантазиях на технические темы - особенно. Ну может хоть как-то разомнут свои деревянные мозги.

А за совет куда пойти и кого спросить - отдельное спасибо.