Прошу критики схемы и совета по её модификации.

[welovedoit]

Здравствуйте.

Задача: изготовить буферный усилитель с высоким входным сопротивлением и Кус=1. Отрицательную полуволну по выходу удалить. Высокая верность не требуется, туда-сюда 100 милливольт приемлемо.

Моё решение:


Так как в аналоге я не копенгаген, прошу ваших замечаний по поводу моих стараний. Также, если есть более простое решение, с минимумом обвязки (а то вышло аж 49 элементов на 5 каналов), буду весьма признателен за него.
И разумно ли использовать одно общее опорное напряжение, подаваемое на +In ОУ для всех каналов, или лучше каждому каналу по своему стабилизатору?

Спасибо.

[YS]

Питание усилителя однополярное или допустимо двуполярное? Питание источника сигнала гальванически развязано с питанием усилителя, или нет? На какую нагрузку должен работать усилитель (ее сопротивление)? Что такое "высокое" входное сопротивление - порядка 100 кОм, 1 МОм?

По вашей схеме - вряд ли вы действительно хотели поставить конденсаторы по 1 мФ (1000 мкФ).

мФ, mF - миллифарад.
мкФ, uF - микрофарад.

Ну и использовать тут инвертирующий усилитель - странная идея, как минимум, на первый взгляд. Я бы строил схему на основе "идеального диода".

разумно ли использовать одно общее опорное напряжение, подаваемое на +In ОУ для всех каналов

Да, вполне.

[Рязанцев Владислав]

Здравствуйте.

Задача: изготовить буферный усилитель с высоким входным сопротивлением и Кус=1. Отрицательную полуволну по выходу удалить.

Что за бред?

[YS]

Подозреваю, автор имел в виду, что усилитель должен быть однополупериодным выпрямителем.

[welovedoit]

Питание усилителя однополярное или допустимо двуполярное? Питание источника сигнала гальванически развязано с питанием усилителя, или нет? На какую нагрузку должен работать усилитель (ее сопротивление)? Что такое "высокое" входное сопротивление - порядка 100 кОм, 1 МОм?

По вашей схеме - вряд ли вы действительно хотели поставить конденсаторы по 1 мФ (1000 мкФ).

мФ, mF - миллифарад.
мкФ, uF - микрофарад.

Ну и использовать тут инвертирующий усилитель - странная идея, как минимум, на первый взгляд. Я бы строил схему на основе "идеального диода".

разумно ли использовать одно общее опорное напряжение, подаваемое на +In ОУ для всех каналов

Да, вполне.

Однополярное. При двуполярном вопросов, в принципе, у меня бы не возникло. Ну я так думаю.
Про номиналы конденсаторов - о как, спасибо. А я, дурень, старательно uF менял на mF.
Источник связан со входом схемы общей землёй.
Высокое входное сопротивление - от 200кОм и выше. Желательно минимизировать влияние схемы на источник.
Нагрузка - встроенный АЦП микроконтроллера Atmega328. Мегаомы по входу.
За идеальный диод отдельное спасибо.

Чтобы два раза не вставать, отвечаю на "Что за бред?" - если бы вы, гражданин, посмотрели на схему, то увидели бы, что отрицательная полуволна срезается диодом, так как она не нужна.

[Рязанцев Владислав]

Я понял что срезается. Вот только зачем это нужно? Если одна полуволна не нужна- тогда и конденсаторы тоже.

[welovedoit]

Питание однополярное, следовательно во входной сигнал подмешивается стабилизированное напряжение смещения, равное Vпит/2. Для его удаления из результирующего сигнала применён разделяющий конденсатор. Также нагрузка не любит отрицательного напряжения, поэтому оно удаляется с помощью диода.

[Рязанцев Владислав]

Если нужно усилить только одну полуволну- это смещение не нужно. Смещение вводится только для второй полуволны. Без смещения так и будет работать с одной полуволной от нуля и выше.

[welovedoit]

Вы заблуждаетесь. В случае однополярного питания ОУ подача на его вход отрицательного напряжения, превышающего ~-200 милливольт, приведёт к появлению на его выходе положительного напряжения, практически равного напряжению питания.
Я тоже думал, что всё так просто и прекрасно - подал на вход полный сигнал через ёмкость, а на выходе получил только положительную полуволну, однако практика показала, что жизнь полна сюрпризов.
Не знаю как с другими ОУ, но с имеющимися у меня в наличии 358n всё именно так.

[YS]

Смещение вводится только для второй полуволны. Без смещения так и будет работать с одной полуволной от нуля и выше.

Увы, нет. Кроме уже описанного явления скачка на выходе, ОУ в таком режиме имеют свойство входить в насыщение, длящееся до миллисекунд.

На моей памяти один мой коллега, профессиональный инженер, кстати, уже пытался выпрямлять сигнал именно таким образом - подавая его на ОУ без средней точки (кстати, вопреки моим увещеваниям). Кончилось тем, что схема получилась просто неработоспособной (с нерабочим каналом измерения тока, это было некое устройство защиты). Запустили ли ее в серию, я не знаю, правда. Надеюсь, что нет.

[welovedoit]

Если забыть про схему и обратиться к задаче, то есть буферному каскаду как таковому, то что вы можете мне посоветовать из готовых решений? Ведь наверное существуют некие мелкосхемы, решающие подобные задачи, с минимумом, или отсутствием обвязки?

Питание однополярное, 5В
Сигнал на выходе повторяет сигнал на входе, или незначительно усиливает его
Количество входов\выходов - желательно 5, чтобы на одном корпусе собрать
Входное сопротивление - от 100 кОм

[YS]

В общем, я много думал, но не придумал ничего лучше такой схемы (кликабельно):



R1/R2/U1:A - искусственная средняя точка, может быть общей для всех усилителей. Входное сопротивление канала определяется резистором R3. Усиление составляет 1,5. Я не могу придумать более простой схемы, решающей вашу задачу.

welovedoit, если обратиться к буферному каскаду, то для этого придумано включение ОУ повторителем. Правда, оно не выпрямляет.

Количество входов\выходов - желательно 5, чтобы на одном корпусе собрать

Существуют счетверенные ОУ.

[welovedoit]

Благодарю вас, сэр, вы отменно любезны и, несомненно, достойны восхищения!

Что же относительно выпрямления, то с ним вполне справится и обыкновенный диод, посему эту часть совсем не обязательно делать именно на ОУ.
По поводу буферного включения ОУ могу заметить, что оно весьма незначительно снижает количество используемых компонентов, 1 резистор на каскад, 5 резисторов на модуль из пяти каскадов, что, в сумме, даст совершенно незначительную экономию как места, так и средств.
Не удивительно ли вам, сэр, осознавать, что в наш век умопомрачительной миниатюризации всего и вся, не нашлось места для столь простого и очевидно полезного устройства, как буферный усилитель для аналогового сигнала?

[YS]

Благодарю вас, сэр, вы отменно любезны и, несомненно, достойны восхищения!

Вы, что ли, узнали, кто у меня на аватарке? Да, я стараюсь приблизиться к этому идеалу.

Что же относительно выпрямления, то с ним вполне справится и обыкновенный диод, посему эту часть совсем не обязательно делать именно на ОУ.

Падение на диоде - порядка 600 мВ, и оно достаточно нестабильно для применения его в цепях с измерительным уклоном. Хотя, конечно, все зависит от желаемой точности. Как по мне, 600 мВ - очень много.

По поводу буферного включения ОУ могу заметить, что оно весьма незначительно снижает количество используемых компонентов, 1 резистор на каскад, 5 резисторов на модуль из пяти каскадов, что, в сумме, даст совершенно незначительную экономию как места, так и средств.

Для буферного включения не нужно ничего, кроме перемычки. Но есть нюансы типа однополярного питания и т.п.

Не удивительно ли вам, сэр, осознавать, что в наш век умопомрачительной миниатюризации всего и вся, не нашлось места для столь простого и очевидно полезного устройства, как буферный усилитель для аналогового сигнала?

Чудес не бывает. Если питание однополярное, а обрабатываемый сигнал уходит ниже земли, то нужна либо искусственная средняя точка, либо источник отрицательного напряжения, чтобы сделать питание двуполярным. В вашем случае жесткой экономии на всем (хотя SMD-резистор стоит примерно 50 копеек в самом худшем случае), в принципе, имеет смысл заморочиться на источник отрицательного напряжения. Сделать его можно хотя бы на той же MC34063, или вообще вывести ШИМ для преобразователя из используемого контроллера. В принципе, наверное тут можно сделать инвертор напряжения на переключаемых конденсаторах. Тогда из схемы сразу исчезнут разделительные конденсаторы и какие-либо резисторы. Останется классический буфер на ОУ:

[welovedoit]

Конечно узнал, как раз собирался пересматривать.

Падение на диоде меня не смущает, кратковременный уход в отрицательную область не повредит мк, к тому же собрать схему детектора на 2 диодах, со смещением, нет проблем.
Плавание сигнала +- 100 милливольт не повредит делу, так что и это не пугает.

Вопрос цены комплектующих для меня не стоит, смешное дело, купить ламинатор за 2500 рублей специально под этот проект, а потом экономить 5 копеек на чипрезистор... А вот количество элементов дело другое. Согласитесь, паять 47 элементов ради, в сущности, простейшей задачи, не очень приятно. Разумнее купить пару корпусов в которых уже всё есть, пусть даже и по 30-40 рублей за корпус, и обеспечить более высокую ремонтопригодность изделия.

[YS]

Падение на диоде меня не смущает, кратковременный уход в отрицательную область не повредит мк, к тому же собрать схему детектора на 2 диодах, со смещением, нет проблем.
Плавание сигнала +- 100 милливольт не повредит делу, так что и это не пугает.

Гм-гм. А вам вообще надо сохранять форму сигнала, или достаточно зафиксировать приход импульса?

[welovedoit]

По возможности форму сигнала имеет смысл сохранить.
Цель всей затеи - контроль наличия аудиосигнала на линии, при этом пороговое значение "сигнала нет" ~=50-100 милливольтам, точнее по месту буду подбирать. Анализ сигнал есть\сигнала нет и действия по событию возложены на МК, так как это более гибкое и стабильное решение, нежели чем применение обычного компаратора, пусть и с регулируемым порогом срабатывания. По крайней мере я так считаю, но я ведь могу и ошибаться.

[YS]

ХЗ, я бы поставил компаратор.

А если уж используется МК, то чтобы не паять 100500 деталек (хотя их там не так много), можно поставить аналоговый мультиплексор и опрашивать каналы по очереди, подключая их к нормальной измерительной схеме.

[welovedoit]

Все D заняты. А выделять три A под управление мультиплексором, один А под вход и один в воздухе... Ну как-то лениво, что-ли.
Компаратор... Ну можно, в принципе, на МК прерывание по фронту и уперёт.

Ладно, что-то этап проектирования аналоговой части у меня сильно затянулся,

[welovedoit]

YS
Сэр, я понял в вашей схеме всё, кроме одного - причины использования повторителя для задания 0 точки отсчёта. Я потратил пару дней на изучение всего того, что мой мозг был способен худо-бедно переварить, но не нашёл там ответа на эту загадку.
Зачем вы развязываете резистивный делитель повторителем на ОУ? Ответьте, а то я уже спать плохо начал, меня преследуют кошмары!