使用光隔离器改变运算放大器的放大

电器工程 运算放大器 光隔离器
2022-01-14 06:27:08

考虑这个电路,它是一个标准的非反相放大器,放大率为A = 1+R1/R2.

A=1+R1/R2 的标准同相放大器

我现在希望能够使用微控制器引脚动态更改此放大值。我想出了这个解决方案,它基本上通过并联插入另一个电阻来修改反馈电阻的值:

具有可变放大率的同相放大器

认为新的放大(打开光隔离器)是

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

这个解决方案真的会按我的预期工作吗?我特别担心光电晶体管的饱和电压可能会以某种方式影响运算放大器。如果是这样,是否有解决此问题的替代方法?

4个回答

假设:增益控制(uC 输出)和放大模块之间需要光隔离。

这是问题方法的简化,它从反馈路径中移除任何晶体管/FET,并提供模拟(连续)增益范围,同时保留光隔离 - 使用一些经典和DIY音频放大器

LDR 光电

对于一次性或 DIY 替代方案,请改用廉价且无处不在的 CdS 光敏电阻,并搭配普通 LED:

LDR

原理图是这样的:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

增益控制电阻是 R1 和 (R2 + R_LDR) 的并联组合。

通过改变 PWM 信号的占空比或微控制器 DAC 输出引脚的电压,可以改变 LED 的光强度。随着该值的增加,LED 电阻从 LED 关闭时的非常高的值(即对增益计算的影响很小)下降到 LED 处于接近 100% 占空比时的低值。

注意:如果使用 PWM,PWM 频率需要显着高于信号感兴趣的频带。否则,正如@pjc50 所指出的那样,PWM 将耦合到信号路径中。

所有提供的答案或多或少都是可行的,但有一些缺点:

  1. 所有,但 Anindo Ghosh 的答案仅适用于相当低的电压或具有较小的调节范围(很好或非常高的非线性失真)。

  2. 使用光敏电阻的解决方案会起作用,但电阻光耦合器是某种奇异的元素。

  3. 几乎不可能提供一些精确的增益,而且这个增益会随着温度的变化而变化。

因此,此类原理图仅适用AGC原理图,其中第二个反馈将增益调节到所需值。

如果必须设置准确可靠的增益,唯一的工作方法是使用在开关模式(ON/OFF)下控制的 MOSFET 和普通电阻器:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

为什么不使用来自 MCU 的 SPI 总线的增益控制:-

在此处输入图像描述

如果你不喜欢SPI,还有其他的增益控制芯片可以通过硬件线来激活。我已经广泛使用了这个设备,并且可以保证它的实用性和准确性。

SPI的东西不需要高速,如果你真的需要它也可以隔离。我已经用不错的驱动程序运行了 2MHz SPI 10 米,但速度很慢不会成为问题。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

假设您的运算放大器信号地和 MCU 的地是相同的,这种方法会起作用。如果没有,请使用光耦合器来驱动 MOSFET。您还可以添加多个并联 MOSFET(带有单独的控制线)以获得多个增益选项。