एक Op-Amp के प्रवर्धन को बदलने के लिए एक ऑप्टो-आइसोलेटर का उपयोग करना

Question

इस सर्किट पर विचार करें, जो के एक प्रवर्धन के साथ एक मानक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर है A = 1+R1/R2।

अब मैं माइक्रोकंट्रोलर पिन का उपयोग करके गतिशील रूप से इस प्रवर्धन मान को बदलने में सक्षम होना चाहता हूं। मैं इस समाधान के साथ आया था, जो मूल रूप से समानांतर में एक और अवरोधक डालकर प्रतिक्रिया रोकनेवाला के मूल्य को संशोधित करता है:

मुझे लगता है कि नया प्रवर्धन (ऑप्टो-आइसोलेटर के साथ चालू) है

A = 1 + (R1||R3)/R2
  = 1 + (R1 R3)/(R2(R1+R3))

क्या यह समाधान वास्तव में मेरे इच्छित तरीके से काम करेगा? मैं विशेष रूप से चिंतित हूं कि फोटोट्रांसिस्टर की संतृप्ति वोल्टेज किसी तरह से ऑप-एम्प को प्रभावित कर सकती है। यदि हां, तो क्या इस समस्या का कोई वैकल्पिक समाधान है?

Comments

दिलचस्प सवाल और मैं खुद जवाब के लिए उत्सुक हूं। लेकिन आप सर्किट का निर्माण और परिणाम का परीक्षण करके सबसे सीखेंगे, फिर परिणामों पर चर्चा करें यदि आप उन्हें नहीं समझते हैं या प्रतिक्रिया में सुधार करना चाहते हैं।

— जिप्पी

वहाँ एक विशेष कारण आप opamp से MCU को अलग करने की जरूरत है? मैं पूछता हूं क्योंकि मेरा सामान्य उत्तर एक ही परिणाम प्राप्त करने के लिए एक डिजिटल पॉट, या एक डिजिटल स्विच और कुछ प्रतिरोधों का उपयोग करना होगा।

— अंक

इस डेटाशीट पर एक नज़र डालें , इसमें कुछ दिलचस्प अनुप्रयोग हैं। यह एक ऑप्टोकॉप्लर एफईटी पर आधारित है और विशेषताएँ द्विध्रुवी प्रकार की तुलना में अधिक एसी अनुकूल हैं। क्या आपको वास्तव में अलगाव बीटीडब्ल्यू की आवश्यकता है, अन्य विकल्प भी हो सकते हैं।

— जिप्पी

@ चिह्न: isC वास्तव में एक और बोर्ड पर है, और ऑप-एम्प वाले बोर्ड में केवल 24 वी बिजली की आपूर्ति है। इसके अलावा, मैं चाहता हूं कि सर्किट सरल रूप से संभव हो, इसलिए बिजली की आपूर्ति आदि के लिए अतिरिक्त तारों से बचने के लिए सबसे अच्छा होगा, लेकिन फिर भी सुझाव के लिए धन्यवाद, शायद मैं बुलेट को काटूंगा और आपके समाधान का उपयोग करूंगा;)

— गीयर

@ जिप्पी: मार्कट की टिप्पणी के लिए मेरा जवाब देखें। अलगाव अच्छा होगा, लेकिन मैं निश्चित रूप से अन्य समाधान के लिए उत्सुक हूं। मैं अलगाव कहीं और जोड़ देंगे, फिर।

— गीयर

Answer 1

धारणा : लाभ नियंत्रण (यूसी आउटपुट) और प्रवर्धन मॉड्यूल के बीच ऑप्टिकल अलगाव की आवश्यकता है।

यहाँ प्रश्न में दृष्टिकोण का एक सरलीकरण है, जो प्रतिक्रिया पथ से किसी भी ट्रांजिस्टर / FET को हटा देता है, और ऑप्टो-अलगाव को बनाए रखते हुए, लाभ का एक एनालॉग (निरंतर) रेंज प्रदान करता है - कुछ क्लासिक और में उपयोग किए गए LDR ऑप्टोकॉकर का उपयोग करें DIY ऑडियो एम्पलीफायरों :

एक बंद या DIY विकल्प के लिए, एक नियमित एलईडी के साथ मिलकर, एक सस्ते और सर्वव्यापी सीडीएस प्रकाश निर्भर प्रतिरोधक का उपयोग करें:

योजनाबद्ध इस प्रकार है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

प्रतिरोध को नियंत्रित करने वाला लाभ R1 और (R2 + R_LDR) का समानांतर संयोजन है।

पीडब्लूएम सिग्नल के कर्तव्य चक्र, या माइक्रोकंट्रोलर के एक डीएसी आउटपुट पिन के वोल्टेज को अलग-अलग करके, एलईडी की प्रकाश तीव्रता विविध है। जब यह बढ़ता है, एलईडी प्रतिरोध बहुत अधिक मूल्य (यानी लाभ गणना पर थोड़ा प्रभाव) से गिरता है, जब एलईडी बंद होता है, तो कम मूल्य पर जब एलईडी लगभग 100% शुल्क चक्र पर होता है।

नोट : पीडब्लूएम का उपयोग करते समय, पीडब्लूएम आवृत्ति सिग्नल के ब्याज की आवृत्ति बैंड की तुलना में काफी अधिक होनी चाहिए। अन्यथा PWM सिग्नल पथ में जोड़ेगा, जैसा कि @ pjc50 द्वारा बताया गया है।

Comments

PWM आवृत्ति जोड़ी उत्पादन में नहीं होगा?

— pjc50

यह तब तक मायने नहीं रखेगा जब तक कि पीडब्लूएम आवृत्ति ऑडियो आवृत्ति के भीतर अच्छी तरह से नहीं है। LDRs की बहुत धीमी प्रतिक्रिया है, 5 से 10 nS वृद्धि का समय विशिष्ट है, इसलिए वे कम-पास फिल्टर के रूप में कार्य करेंगे।

— अनिंदो घोष

@ pjc50 वास्तव में, मुझे यह सही करने दें: ओपी ने यह नहीं बताया है कि एम्पलीफिकेशन के लिए सिग्नल किस फ्रीक्वेंसी रेंज में है। इस प्रकार, यदि PWM आवृत्ति वांछित बैंड के भीतर या करीब थी, और फिर भी LDR की कम पास प्रतिक्रिया के लिए पर्याप्त उच्च नहीं है। में किक करने के लिए, फिर सिग्नल पथ में PWM का युग्मन होगा।

— अनिंदो घोष

Answer 2

सभी प्रदत्त उत्तर कमोबेश व्यावहारिक हैं, लेकिन इसके कुछ नुकसान भी हैं:

1. सभी, लेकिन अनिंदो घोष जवाब केवल कम वोल्टेज के साथ काम करेंगे या उनकी छोटी विनियमन सीमा (अच्छी तरह से या बहुत उच्च nonlinear विकृतियाँ) होगी।

2. फोटो रोकनेवाला के साथ समाधान काम करेगा, लेकिन रोकनेवाला ऑप्टोकॉप्लर कुछ प्रकार के विदेशी तत्व हैं।

3. कुछ सटीक लाभ प्रदान करना लगभग असंभव है और यह लाभ तापमान के साथ अलग-अलग होगा।

इसलिए, ऐसी योजनाएं केवल एजीसी योजनाबद्धता के लिए उपयुक्त हैं, जहां दूसरा बैक फीड आवश्यक मूल्यों के लाभ को विनियमित करेगा।

यदि सटीक और विश्वसनीय लाभ निर्धारित किया जाना है, तो केवल काम करने का तरीका स्विचिंग मोड (ON / OFF) और सामान्य प्रतिरोधों में नियंत्रित MOSFETs का उपयोग करना है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

Comments

असतत MOSFET के बजाय आप क्वाड एनालॉग CMOS स्विच IC CD4066

— दही

@yogece हां, लेकिन यह वास्तव में आवश्यक नहीं है, क्योंकि स्विच का एक छोर जमी है। IMO, कई कम बिजली MOSFETs के कुछ पैकेज का उपयोग कर सकता है।

— जॉन्फाउंड

आपका स्वागत है।

— Markt

Answer 3

आप MCU से SPI बस से लाभ नियंत्रण का उपयोग क्यों नहीं करते: -

यदि आप SPI पसंद नहीं करते हैं तो अन्य लाभ नियंत्रण चिप्स हैं जिन्हें हार्डवेयर लाइनों द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। मैंने इस उपकरण का बड़े पैमाने पर उपयोग किया है और इसकी उपयोगिता और सटीकता के लिए वाउच कर सकता है।

SPI सामान को उच्च गति की आवश्यकता नहीं होती है और यदि आपको वास्तव में इसकी आवश्यकता है तो भी इसे अलग किया जा सकता है। मैं सभ्य ड्राइवरों के साथ 10 मीटर एसपीआई 2 मीटर चला रहा हूं, लेकिन बहुत धीमी गति से जाना एक मुद्दा नहीं होगा।

Answer 4

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

अपने ऑप-एम्प सिग्नल ग्राउंड और अपने MCU के ग्राउंड को समान मानते हुए, यह दृष्टिकोण काम करेगा। यदि नहीं, तो MOSFET को चलाने के लिए ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग करें। आप कई लाभ विकल्प प्राप्त करने के लिए कई समानांतर MOSFET (अलग नियंत्रण लाइनों के साथ) जोड़ सकते हैं।

Comments

आपने op-amp के इनपुट को स्वैप किया;)। लेकिन इसके अलावा, यह एक दिलचस्प तरीका है। यह होता है है और साथ ही एक MOSFET हो सकता है, या होगा एक द्विध्रुवी एक काम करता है?

— गीयर

lol ने इनपुट्स के बारे में भी नहीं सोचा ;-) एक MOSFET बेहतर होगा, क्योंकि यह सर्किट (जब सक्रिय) जमीन के एक छोटे प्रतिरोध के रूप में पेश करेगा। मुझे संदेह है कि BJT एक वर्तमान सिंक की तरह दिखाई देगा, अर्थात यह opamp प्रतिक्रिया पथ को सक्रिय रूप से चलाएगा और opamp के संचालन में हस्तक्षेप करेगा। हालांकि ब्रेडबोर्ड पर एक कोशिश लायक।

— Markt

@ pjc50: जिस तरह से मैं इसे देखता हूं, यह समाधान FET इनपुट PWM होने पर निर्भर नहीं करता है। मैं वैसे भी PWM का उपयोग नहीं करना चाहता।

— गीयर

उफ़, यह टिप्पणी गलत उत्तर पर थी!

— pjc50

Answer 5

मैं कहता हूं कि बेहतर विचार होगा कि ऑप्टोइसोलरेटर का उपयोग सीएमओएस स्विच को नियंत्रित करने के लिए किया जाए और प्रतिरोधक में स्विच करने के लिए इसका उपयोग किया जाए। लूप में एक फोटोट्रांसिस्टर डालने से उस तरह के अजीब परिणाम हो सकते हैं।

Answer 6

मैं यहाँ अपने सवाल का जवाब दे रहा हूँ, क्योंकि मैंने जिप्पी की सलाह ली है। मैंने सर्किट को ब्रेडबोर्ड पर बनाया है और माप का प्रदर्शन किया है।

• बिजली की आपूर्ति: 5 V (7805)
• Op-Amp: LM324
• ऑप्टो-आइसोलेटर: SFH610A-3
• आर 1: 21.7 के
• R2: 9.83 k
• R3: 21.8 k
• ऑप्टो-आइसोलेटर पर 7.7 एमए की धारा के साथ चालू

इन अवरोधक मूल्यों के साथ, अपेक्षित प्रवर्धन 2.11 है।

यहाँ माप परिणाम हैं:

Vin     Vout measured   Vout Expected   Difference in %
0       0               0   
0.077   0.164           0.162           1.2
0.1     0.213           0.211           0.9
0.147   0.314           0.31            1.3
0.154   0.329           0.324           1.5
0.314   0.668           0.661           1.1
0.49    1.04            1.032           0.8
0.669   1.422           1.409           0.9
0.812   1.726           1.71            0.9
1       2.12            2.106           0.7
1.23    2.61            2.591           0.7
1.52    3.24            3.202           1.2
1.84    3.75            3.876           -3.3     |
2.1     3.75            4.423           -15.2    | (reached max output voltage)
2.54    3.75            5.35            -29.9    v

इसके अतिरिक्त, मैंने आर 3 और ऑप्टो-ट्रांजिस्टर में वोल्टेज को मापा, जिससे मुझे ट्रांजिस्टर के लिए एक प्रतिरोधक मूल्य की गणना करने की अनुमति मिली। यह 400 से 800 ओएचएम से उतार-चढ़ाव करता है, सबसे अधिक संभावना है कि मेरी मल्टीमीटर के कारण छोटे वोल्टेज को मापने में परेशानी होती है। 600 ओम को R3 में जोड़कर अपेक्षित प्रवर्धन की मात्रा को घटाकर 0.6% अधिकतम तक लाया जाता है।

तो मेरा जवाब है: हां, यह मेरे द्वारा अपेक्षित तरीके से काम करेगा, शायद ज्यादातर धाराओं के कम होने के कारण ट्रांजिस्टर का उपयोग रैखिक क्षेत्र में किया जाता है। मैं उसी परिणाम की उम्मीद नहीं करता अगर प्रतिरोधों का इस्तेमाल किया प्रतिरोध बहुत कम था।

फिर भी, मैंने मार्कट और जॉन्फाउंड द्वारा सुझाई गई विधि का उपयोग करने के लिए अपना सर्किट बदल दिया। ज्यादा सही लगता है।