Op-Isolatorを使用してオペアンプの増幅を変更する

この回路を検討してください。これは、の増幅を備えた標準的な非反転増幅器ですA = 1+R1/R2。

マイクロコントローラーのピンを使用して、この増幅値を動的に変更できるようになりたいです。私はこのソリューションを思いつきました。これは、基本的に別の抵抗を並列に挿入することによりフィードバック抵抗の値を変更します

私は考える（オン光アイソレータ付き）新しい増幅があること

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

このソリューションは実際に私が意図した方法で機能しますか？私は、フォトトランジスタの飽和電圧が何らかの形でオペアンプに影響を与える可能性があることを特に心配しています。もしそうなら、この問題の代替解決策はありますか？

仮定：ゲイン制御（uC出力）と増幅モジュールの間に光学的アイソレーションが必要です。

ここで、フィードバック経路からの任意のトランジスタ/ FETを除去し、光絶縁を保持しながら、アナログゲインの（連続的な）範囲を、提供問題のアプローチの簡略化、である-使用LDRフォトカプラいくつかの古典で使用される場合、およびDIYオーディオアンプ：

一回限りまたはDIYの代替品の場合、代わりに通常のLEDと組み合わせて、安価でユビキタスなCdS光依存抵抗器を使用します。

したがって、回路図は次のとおりです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ゲイン制御抵抗は、R1と（R2 + R_LDR）の並列の組み合わせです。

PWM信号のデューティサイクル、またはマイクロコントローラーのDAC出力ピンの電圧を変化させることにより、LEDの光強度が変化します。これが増加すると、LEDがオフのときの非常に高い値（つまり、ゲイン計算にほとんど影響しない）から、LEDがほぼ100％のデューティサイクルにあるときのLED抵抗が低くなります。

注：PWMを使用する場合、PWM周波数は信号の対象の周波数帯域よりも大幅に高い必要があります。そうでない場合、@ pjc50で指摘されているように、PWMは信号パスに結合します。

提供されたすべての回答は多かれ少なかれ実行可能ですが、いくつかの欠点があります。

1. Anindo Ghoshを除くすべての回答は、非常に低い電圧でのみ機能するか、レギュレーション範囲が狭い（非線形歪みが非常に大きいか非常に大きい）。

2. フォト抵抗を使用したソリューションは機能しますが、抵抗オプトカプラーはある種の特殊な要素です。

3. 正確なゲインを提供することはほとんど不可能であり、このゲインは温度によって異なります。

だから、このような回路図が適しているだけのためにAGCの第2のバックフィードが必要な値にゲインを調整します回路図。

場合正確で信頼性の高いゲインを設定する必要があり、唯一の加工方法は、モード（ON / OFF）を切り替える制御MOSFETと正常な抵抗を使用することです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

MCUからのSPIバスからのゲイン制御を使用してみませんか：-

SPIが気に入らない場合は、ハードウェアラインでアクティブにできる他のゲイン制御チップがあります。私はこのデバイスを広範囲に使用してきましたが、その有用性と正確さを保証できます。

SPIは高速である必要はなく、本当に必要な場合は分離することもできます。まともなドライバで2MHz SPI 10メートルを実行しましたが、かなり遅い速度で問題は発生しません。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

オペアンプの信号グランドとMCUのグランドが同一であると仮定すると、このアプローチは機能します。そうでない場合は、フォトカプラを使用してMOSFETを駆動します。また、複数の並列MOSFETを追加して（個別の制御ラインを使用）、複数のゲインオプションを取得することもできます。

より良いアイデアは、オプトアイソレータを使用してCMOSスイッチを制御し、それを使用して抵抗を切り替えることです。そのようなループにフォトトランジスタを配置すると、奇妙な結果になる可能性があります。

ここで自分の質問に答えています。ジッピーのアドバイスを取り上げたからです。ブレッドボード上に回路を構築し、測定を実行しました。

• 電源：5 V（7805）
• オペアンプ：LM324
• 光アイソレータ：SFH610A-3
• R1：21.7 k
• R2：9.83 k
• R3：21.8 k
• 7.7 mAの電流で光アイソレータをオンにした

これらの抵抗値では、予想される増幅は2.11です。

測定結果は次のとおりです。

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

さらに、R3とオプトトランジスタ間の電圧を測定し、トランジスタの抵抗値を計算できるようにしました。これはおそらく、マルチメータが小さな電圧を測定するのに問題があるために、400から800オームに変動しました。R3に600オームを追加して予想される増幅を補償すると、差は最大0.6％になります。

私の答えはそうです。はい、それはおそらくトランジスタが線形領域で使用されるほど電流が非常に低いためです。使用する抵抗の抵抗がはるかに小さい場合、同じ結果は期待できません。

それでも、marktとjohnfoundが提案した方法を使用するように回路を変更しました。より正しいようです。