オペアンプによる信号処理

私は次の信号を再現する義務があります

オペアンプ（および抵抗）のみを使用します。

方形波と三角波の2つの信号を追加する必要があると確信しています。信号を-8Vから0Vにねじる方法を理解するのは非常に困難です。

私はこれを使用して、方形波信号V2（-6V最小から0V最大、freq = 1Hz）と特異波形V1（0V最小、2V最大、freq = 1Hz）に従って伝達関数を取得しようとしましたが、次の出力Vo：

Vo = -2V1-2V2-4

次のテーブルEXCEPT AT POINT V1 = 0、V2 = 0を満たすもの

    V1  V2   V0
    2   -6   8
    2   -6   4
    2    0  -8
    0    0  -4   <---HERES THE PROBLEM ! (Should be zero)
    0   -6   8

どうしましょう？

正方形と三角形の両方が入力信号として提供され、回路はそれらを生成せず、結果として図に示す信号を生成するためにそれらを処理するだけです。これはプロジェクト用なので、宿題のようなもので、今は一生懸命取り組んでいます。amplitudと時間領域の両方が等しく重要です。

三角波の正の傾きは負の傾きの2倍のゲインを必要とします。これはオペアンプと抵抗回路でいくつかのトリックなしで行うことはできません。

信号s1 =三角波、0 V〜+4 V
信号s2 =方形波、0 V〜+12 V
信号s3 = s1 / 2 + s2 / 2、0 V〜+8 V

これがトリックの出番です。三角波の傾斜は対称的であり、異なるものが必要です。トリック： 12 V電源でレールツーレールオペアンプを使用します。これを使用して、s3波形の上部をクリップします。$\pm$

信号s4 = 2 s3（クリップ）、0 V〜+12 V 信号s5 = Vout = s4-8 V + s1、-8 V〜+8 V$\times$

回路図、2つのオペアンプと9つの抵抗器：

別のオプションはこの回路です。これは、スティーブンズと同じ数のオペアンプを使用しますが、動作が少し異なります。 オペアンプに1kΩのインピーダンスを提供しながら、R2、R5、およびR11は-6V-0V信号を減衰させ、-2V-2Vにシフト
し、正/負のスイングの異なるゲインに依存します（フィードバック回路のダイオードで実現）
入力。R7とR8は、正/負のスイングに対して異なるゲインを設定するためのものです。
最終信号の2つのコンポーネント（「POS」と「NEG」のポイントから正または負にタップ）は、オペアンプU2によって合計および反転され、出力信号が得られます。

シミュレーション：

上のグラフで入力信号（青/赤）と出力信号（緑）を確認できます。下部には、U2によって合計された正と負のコンポーネント（ピンク/水色）が表示されます。

編集 -それではダイオードはありませんか？

楽しみのために、そして制約内に保つために、これは同じ回路ですが、代わりに入力保護ダイオード付きのオペアンプを使用しています;-)

そしてここにシミュレーションがあります：

ダイオードの動作を示すために、オペアンプ入力を通る電流を含めました。出力は最初の回路と同じです。で理論これは、レール入力保護への非現在の限られたダイオードを持つ任意のオペアンプで動作するはずです。

この問題を厄介なものにしているのは、三角波と方形波の和だけではないということです。方形波の負のステップは-12 Vですが、正のステップは+8 Vのみです。

StevenとOliが提案したように、いくつかの信号の複合として最終的な信号を作成しようとすることは完全に有効であり、実際には最良の答えである可能性があります。ただし、これはこの問題について考える別の方法です。

固定電流で充電および放電でき、+ 8および-8ボルトに「瞬時」に高低にクランプできるコンデンサを考えてみます。何かを選ぶために、たとえば10 nFのコンデンサを使用してみましょう。1 msで4 Vで放電するには、-40 µAが必要です。1 msで8 Vを充電するには、+ 80 µAが必要です。適切なタイミングで有効になる-40および+80マイクロアンペアのソースを個別に持つことができます。ただし、固定の-40 µAソースと切り替え可能な+120 µAソースを用意する方がおそらく簡単です。

すべてを500 Hzの方形波から駆動できます。方形波が正の場合、120 µAの電流源が有効になります（図では1〜2 msおよび3〜4 ms）。ローサイドクランプは方形波の立ち上がりエッジから短時間有効になり、ハイサイドクランプは立ち下がりエッジから有効になります。ミリ秒に1回、電圧がクランプ制限の1つにリセットされるため、この方法では、ステップとランプの合計がサイクルごとに正確にゼロにならない場合、暴走をうまく回避できます。

これは概略図ではなく、一般的な概念の図にすぎません。一般的な考え方を示すために、クランプにはNPNトランジスタとPNPトランジスタを使用しています。バイポーラトランジスタが実際に使用されている場合、ダイオードや抵抗器など、C2とC3を次の使用に間に合うようにリセットする必要があります。現在のソースはオペアンプで作成でき、オンとオフを切り替える方法はさまざまです。

繰り返しになりますが、これは、詳細を練習として残しただけの概念です。ただし、これは、正確さ、出力ドライブ、エッジの速度など、まだ知らされていない多くの要素に応じて機能する可能性があると思います。これが興味のある方向である場合は、より具体的に説明できます。

方形波にオフセットを追加して非対称にし、それをオペアンプと統合して、元の方形波から減算します。私はそれを完全に解決することはできませんが、実行可能なアプローチのように感じています。