Sử dụng Bộ cách ly Opto để thay đổi Khuếch đại của Op-Amp

Xem xét mạch này, là một bộ khuếch đại không đảo tiêu chuẩn với khuếch đại A = 1+R1/R2.

Bây giờ tôi muốn có thể thay đổi giá trị khuếch đại này một cách linh hoạt, sử dụng chân vi điều khiển. Tôi đã đưa ra giải pháp này, về cơ bản điều chỉnh giá trị của điện trở phản hồi bằng cách chèn song song một điện trở khác:

Tôi nghĩ rằng sự khuếch đại mới (với bộ cách ly opto được bật) là

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

Giải pháp này có thực sự hoạt động theo cách tôi dự định không? Tôi đặc biệt lo lắng rằng điện áp bão hòa của phototransistor có thể ảnh hưởng đến op-amp theo một cách nào đó. Nếu vậy, có một giải pháp thay thế cho vấn đề này?

Giả định : Có một số nhu cầu cách ly quang giữa điều khiển khuếch đại (đầu ra uC) và mô đun khuếch đại.

Dưới đây là cách đơn giản hóa cách tiếp cận trong câu hỏi, loại bỏ bất kỳ bóng bán dẫn / FET nào khỏi đường dẫn phản hồi và cung cấp phạm vi tăng tương tự (liên tục), trong khi vẫn giữ cách ly quang - Sử dụng bộ ghép quang LDR như được sử dụng trong một số cổ điển và Bộ khuếch đại âm thanh DIY :

Đối với giải pháp thay thế một lần hoặc DIY, thay vào đó, hãy sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng CdS rẻ tiền và phổ biến, kết hợp với đèn LED thông thường:

Các sơ đồ là như vậy:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Điện trở điều khiển khuếch đại là sự kết hợp song song của R1 và (R2 + R_LDR).

Bằng cách thay đổi chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu PWM hoặc điện áp của chân đầu ra DAC của vi điều khiển, cường độ ánh sáng của đèn LED rất khác nhau. Khi điều này tăng lên, điện trở LED giảm xuống, từ giá trị rất cao (nghĩa là ít ảnh hưởng đến tính toán độ lợi) khi đèn LED tắt, đến giá trị thấp khi đèn LED ở chu kỳ nhiệm vụ gần 100%.

Lưu ý : Nếu sử dụng PWM, tần số PWM cần cao hơn đáng kể so với dải tần quan tâm của tín hiệu. Nếu không, PWM sẽ ghép vào đường dẫn tín hiệu, như được chỉ ra bởi @ pjc50.

Tất cả các câu trả lời được cung cấp ít nhiều khả thi, nhưng có một số nhược điểm:

1. Tất cả, nhưng câu trả lời của Anindo Ghosh sẽ chỉ hoạt động với điện áp khá thấp hoặc có phạm vi điều chỉnh nhỏ (biến dạng phi tuyến tốt hoặc rất cao).

2. Giải pháp với điện trở hình ảnh sẽ hoạt động, nhưng bộ ghép quang điện trở là một số loại yếu tố kỳ lạ.

3. Hầu như không thể cung cấp một số mức tăng chính xác và mức tăng này sẽ thay đổi theo nhiệt độ.

Vì vậy, các sơ đồ như vậy chỉ phù hợp với sơ đồ AGC trong đó nguồn cấp dữ liệu thứ hai sẽ điều chỉnh mức tăng đến các giá trị cần thiết.

Nếu mức tăng chính xác và đáng tin cậy phải được đặt, phương pháp làm việc duy nhất là sử dụng MOSFET được điều khiển ở chế độ chuyển mạch (ON / OFF) và điện trở thông thường:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tại sao bạn không sử dụng điều khiển khuếch đại từ xe buýt SPI từ MCU: -

Có những chip điều khiển khuếch đại khác có thể được kích hoạt bởi các dòng phần cứng nếu bạn không thích SPI. Tôi đã sử dụng thiết bị này rộng rãi và có thể chứng minh tính hữu dụng và chính xác của nó.

Các công cụ SPI không cần phải có tốc độ cao và cũng có thể bị cô lập nếu bạn thực sự cần nó. Tôi đã chạy 2 MHz SPI 10 mét với trình điều khiển tốt nhưng tốc độ khá chậm sẽ không thành vấn đề.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Giả sử mặt đất tín hiệu op-amp của bạn và mặt đất MCU của bạn giống hệt nhau, phương pháp này sẽ hiệu quả. Nếu không, hãy sử dụng bộ ghép quang để điều khiển MOSFET. Bạn cũng có thể thêm nhiều MOSFET song song (với các dòng điều khiển riêng biệt) để có nhiều tùy chọn khuếch đại.

Tôi có thể nói rằng một ý tưởng tốt hơn sẽ là sử dụng công cụ quang điện tử để điều khiển một công tắc CMOS và sử dụng công tắc đó để chuyển đổi trong điện trở. Đặt một phototransistor vào vòng lặp như thế có thể có kết quả lạ.

Tôi đang trả lời câu hỏi của riêng mình ở đây, vì tôi đã đưa ra lời khuyên của jippie. Tôi đã xây dựng mạch trên bảng mạch và thực hiện các phép đo.

• Nguồn điện: 5 V (7805)
• Op-amp: LM324
• Bộ cách ly quang: SFH610A-3
• R 1: 21,7 k
• R2: 9,83 k
• R3: 21,8 k
• Bật bộ cách ly quang với dòng điện 7,7 mA

Với các giá trị điện trở này, độ khuếch đại dự kiến ​​là 2,11.

Dưới đây là kết quả đo:

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

Ngoài ra, tôi đo điện áp trên R3 và bóng bán dẫn, cho phép tôi tính giá trị điện trở cho bóng bán dẫn. Điều này dao động từ 400 đến 800 Ohm, rất có thể là do đồng hồ vạn năng của tôi gặp sự cố khi đo các điện áp nhỏ. Bù lại mức khuếch đại dự kiến ​​bằng cách thêm 600 Ohm vào R3, giảm mức chênh lệch xuống tối đa 0,6%.

Vì vậy, câu trả lời của tôi là: Có, nó sẽ hoạt động theo cách tôi mong đợi, có lẽ chủ yếu là do dòng điện quá thấp mà bóng bán dẫn được sử dụng trong một khu vực tuyến tính. Tôi sẽ không mong đợi kết quả tương tự nếu các điện trở được sử dụng có điện trở ít hơn nhiều.

Tuy nhiên, tôi đã thay đổi mạch của mình để sử dụng phương thức được đề xuất bởi markt và johnfound. Có vẻ đúng hơn.