Considere este circuito, que é um amplificador não inversor padrão com uma amplificação de A = 1+R1/R2
.
Agora eu quero poder alterar esse valor de amplificação dinamicamente, usando um pino de microcontrolador. Eu vim com esta solução, que basicamente modifica o valor do resistor de feedback, inserindo outro resistor em paralelo:
Eu acho que a nova amplificação (com o opto-isolador ligado) é
A = 1 + (R1||R3)/R2
= 1 + (R1 R3)/(R2(R1+R3))
Essa solução realmente funcionaria da maneira que eu pretendia? Estou especialmente preocupado que a tensão de saturação do fototransistor possa influenciar o amplificador operacional de alguma forma. Em caso afirmativo, existe uma solução alternativa para esse problema?
Respostas:
Suposição : Há alguma necessidade de isolamento óptico entre o controle de ganho (saída em uC) e o módulo de amplificação.
Aqui está uma simplificação da abordagem na questão, que remove qualquer transistor / FETs do caminho de feedback e fornece uma faixa analógica (contínua) de ganhos, mantendo o opto-isolamento - Use um acoplador óptico LDR como usado em alguns Amplificadores de áudio DIY :
Para uma alternativa pontual ou de bricolage, use um resistor dependente de luz CdS barato e onipresente, em conjunto com um LED comum:
O esquema é assim:
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
A resistência de controle de ganho é a combinação paralela de R1 e (R2 + R_LDR).
Ao variar o ciclo de trabalho de um sinal PWM ou a tensão de um pino de saída DAC do microcontrolador, a intensidade da luz do LED varia. À medida que isso aumenta, a resistência do LED cai, de um valor muito alto (ou seja, pouco efeito no cálculo de ganho) quando o LED está apagado, para um valor baixo quando o LED está em quase 100% do ciclo de trabalho.
Nota : Se estiver usando PWM, a frequência PWM precisa ser significativamente maior que a faixa de frequência de interesse do sinal. Caso contrário, o PWM entrará no caminho do sinal, como indicado por @ pjc50.
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Todas as respostas fornecidas são mais ou menos viáveis, mas têm algumas desvantagens:
Tudo, mas as respostas de Anindo Ghosh funcionarão apenas com tensões muito baixas ou terão uma pequena faixa de regulação (distorções não-lineares muito ou muito altas).
A solução com o resistor fotográfico funcionará, mas os optoacopladores de resistores são algum tipo de elemento exótico.
É quase impossível fornecer algum ganho exato e esse ganho varia com a temperatura.
Portanto, esses esquemas são adequados apenas para esquemas AGC, nos quais o segundo retorno regulará o ganho para os valores necessários.
Se for necessário definir o ganho exato e confiável , o único método de trabalho é usar MOSFETs controlados no modo de comutação (ON / OFF) e resistores normais:
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
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Por que você não usa um controle de ganho de um barramento SPI do MCU: -
Existem outros chips de controle de ganho que podem ser ativados por linhas de hardware se você não gosta da SPI. Eu usei esse dispositivo extensivamente e posso garantir sua utilidade e precisão.
O material SPI não precisa ser de alta velocidade e também pode ser isolado se você realmente precisar. Eu corri 2MHz SPI 10 metros com drivers decentes, mas ir a uma velocidade muito lenta não será um problema.
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simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Supondo que a terra do sinal do amplificador operacional e a terra do seu MCU sejam idênticas, essa abordagem funcionaria. Caso contrário, use um acoplador óptico para acionar o MOSFET. Você também pode adicionar vários MOSFETs paralelos (com linhas de controle separadas) para obter várias opções de ganho.
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Eu diria que uma idéia melhor seria usar o optoisolador para controlar um comutador CMOS e usá-lo para alternar no resistor. Colocar um fototransistor no loop assim pode ter resultados estranhos.
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Estou respondendo minha própria pergunta aqui, porque segui o conselho de jippie. Eu construí o circuito em uma tábua de pão e fiz as medições.
Com esses valores de resistores, a amplificação esperada é 2.11.
Aqui estão os resultados da medição:
Além disso, medi a tensão entre R3 e o opto-transistor, permitindo calcular um valor de resistor para o transistor. Isso oscilou de 400 a 800 Ohm, provavelmente devido ao meu multímetro ter problemas para medir as pequenas tensões. Compensar a amplificação esperada adicionando 600 Ohm a R3, reduz a diferença para 0,6% no máximo.
Portanto, minha resposta é: Sim, funcionará da maneira que eu esperava, provavelmente principalmente devido às correntes serem tão baixas que o transistor é usado em uma área linear. Eu não esperaria os mesmos resultados se os resistores utilizados tivessem muito menos resistência.
Ainda assim, mudei meu circuito para usar o método sugerido por markt e johnfound. Parece mais correto.
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