Инвертор DC/AC (не трансформатор) + Модулятор

ImmortalAlexSan

Всем доброго времени суток. Задумал собрать устройство (см. название темы). Нужно что-то совсем простое без учета всех нюансов, ибо нужно для понимания принципов построения таких устройств. Ближе к телу делу:

Собрал в Proteus схему, состоящую из ОУ TL027, источника постоянного напряжения +3.3V, ATtiny13. К питанию ОУ подключено +3.3V и -3.3V соответственно. На неинвертирующий вход ОУ подается логические 0 и 1 с ножки МК ATtiny13 каждые 1000 мсек. На инвертирующий вход ОУ подается питание +3.3V. Если подключить осциллограф, то в режиме DC и в режиме AC есть сигналы. В DC-режиме это чистый импульс (такого не бывает в реальности я понимаю), в AC-режиме - импульсный сигнал со спадами по задним фронтам, причем ОУ не выдает свое максимальное и минимальное напряжение питания, хотя работает в режиме "компаратор", выдает от -0.75В до + 0.75В.

Коллеги, что я делаю не так? Сама идея имеет право на жизнь?

Задача: получить на выходе с ОУ сигнал приближенный к синусоиде на сколько это возможно и осуществить АМ с модулирующим сигналом (излучением светодиода). Дальность не важна, добротность не важна. Хочу понять принцип и что делаю не так. Любезно прошу вашей помощи. Схема нужна простейшая из всех, что только может быть, так как преследую обучающие цели.

Реклама

mickbell

[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3568264#p3568264"]Собрал в Proteus схему, состоящую из ОУ TL027, источника постоянного напряжения +3.3V, ATtiny13. К питанию ОУ подключено +3.3V и -3.3V соответственно.[/uquote]Уже тут непонятно, что за. Сразу два вопроса, и оба критических.
1. Что такое TL027? Такое вообще существует в природе? Я не нашёл. Пока предположил, что это TL072.
2. Схема, как я понял, питается от одного источника напряжения +3.3 В. Но откуда-то взялось -3.3 В. Или у вас два источника, или на самом деле там не -3.3 В, а 0 В. Что из этого правильно?
В принципе, причина неудачи видна, но на вопросы всё же ответьте.

Реклама

ImmortalAlexSan

mickbell писал(а):[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3568264#p3568264"]Собрал в Proteus схему, состоящую из ОУ TL027, источника постоянного напряжения +3.3V, ATtiny13. К питанию ОУ подключено +3.3V и -3.3V соответственно.[/uquote]Уже тут непонятно, что за. Сразу два вопроса, и оба критических.
1. Что такое TL027? Такое вообще существует в природе? Я не нашёл. Пока предположил, что это TL072.
2. Схема, как я понял, питается от одного источника напряжения +3.3 В. Но откуда-то взялось -3.3 В. Или у вас два источника, или на самом деле там не -3.3 В, а 0 В. Что из этого правильно?
В принципе, причина неудачи видна, но на вопросы всё же ответьте.

Спасибо, что откликнулись.
1. ОУ TL072 - это правильный вариант (неудачная опечатка).
2. ATtiny13 питается от 3.3V постоянного тока, плюс TL072 повесил на него же. Минус ОУ сначала заземлил, но получил такие же странные результаты как и в том случае, когда подвел к нему еще один источник постоянного тока, которому задал напряжение -3.3V

Вот собственно и вся схема. Если бы теперь, зная ответы на вопросы, вы ответили бы мне на вопросы из первого поста, моя благодарность не знала бы границ

mickbell

Угу, теперь можно отвечать с чистой совестью, не делая предположений.
1. Если ATTINY13 выдаёт импульсный сигнал, то логично ожидать импульсного сигнала и на выходе усилителя, на который он подан. Если нужен сигнал синусоидальный, то его следует тем или иным образом сформировать - или самим МК, или каким-то аналоговым устройством.
2. О напряжении на выходе. Насколько я помню (работать с ним не довелось), TL072 - это ОУ общего применения, довольно древний, он не умеет выдавать выходной сигнал, близкий по напряжению к линиям питания, да и рассчитан на питание сравнительно высоковольтное, плюс-минус 15 В. Так что или введите в модель дополнительные источники питания ОУ, или возьмите ОУ современный, низковольтный, с выходом rail-to-rail ("от рельса до рельса", то есть способный выдать на выходе почти потенциал питания в обе стороны).
3. Мне непонятно, зачем светодиоду синусоидальный сигнал. Если объясните, я, возможно, подскажу, как его сформировать.
4. Благое пожелание: задавая вопрос, выкладывайте схему, так проще.

Реклама

ImmortalAlexSan

Вот что у меня получилось

Плюс код на плюсах:

Код: Выделить всё

#define F_CPU 8000000

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>


int main(void)
{
	unsigned char signalData[] = { 127,130,133,136,139,143,146,149,152,155,158,161,164,167,170,173,176,178,181,184,
187,190,192,195,198,200,203,205,208,210,212,215,217,219,221,223,225,227,229,231,233,234,236,
238,239,240,242,243,244,245,247,248,249,249,250,251,252,252,253,253,253,254,254,254,254,254,254,254,
253,253,253,252,252,251,250,249,249,248,247,245,244,243,242,240,239,238,236,234,233,231,229,227,225,
223,221,219,217,215,212,210,208,205,203,200,198,195,192,190,187,184,181,178,176,173,170,167,164,161,
158,155,152,149,146,143,139,136,133,130,127,124,121,118,115,111,108,105,102,99,96,93,90,87,84,81,78,
76,73,70,67,64,62,59,56,54,51,49,46,44,42,39,37,35,33,31,29,27,25,23,21,20,18,16,15,14,12,11,10,9,7,6,5,
5,4,3,2,2,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,7,9,10,11,12,14,15,16,18,20,21,23,25,27,29,31,33,35,37,39,
42,44,46,49,51,54,56,59,62,64,67,70,73,76,78,81,84,87,90,93,96,99,102,105,108,111,115,118,121,124
};

	DDRA = 0xFF;
	PORTA = 0x00;

	while (1)
	{
		for (unsigned int i = 0; i < 256; i++)
		{
			PORTA = signalData[i];
			_delay_ms(10);
		}
	}
}

Что за дребедень, господа? От куда ни возьму таблицу синусов - везде вот такая ерунда на осциллографе...

Добавлено after 5 minutes 7 seconds:
Синус нужен в качестве несущего сигнала. Его как-то надо промодулировать ЭМИ, которое наводится в светодиоде. Нужно это для отсеивания помех на частоте, на которой работает светодиод.

Реклама

mickbell

Если уж собираете матрицу R-2R, так делайте это без ошибок. У вас номиналы стоят не там, где надо. Разряды, похоже, тоже перепутали, но этого не видно, рисунок мутный.
Теперь про синус и помехи. Странное желание от них избавиться - при том, что подобными нынче эфир набит под пробку. Что у вас за обстановка такая, что какие-то дохленькие прямоугольные сигналы опасны? И я не понял: что там наводится в светодиоде?

Реклама

ImmortalAlexSan

Номиналы заметил что перепутал - исправил. mickbell, что за разряды? Имеется ввиду подключения к ножкам МК? О БОГИ! mickbell, вы гений! Разряды перепутал (да - это ножки МК)

С генерацией синуса разобрался с вашей помощью. Один я бы еще неделю сидел точно, даже в мыслях не было, что неправильно подключил, хотя уже начал задаваться вопросом, что беда в схеме.
Теперь с модуляцией. Теоретически я знаю что такое АМ, но практически не знаю какие компоненты использовать, подозреваю, что на ставить ОУ с какой-нибудь обратной связью... ЭМИ - электромагнитное излучение. Я хочу собрать пульсометр используя фотоплетизмографию.
1. генерация синуса в качестве несущей.
2. модуляция со светодиодом (пока вообще не представляю как сделать)
3. светодиод располагается вплотную к пальцу и просвечивает его, фотодиод принимает сигнал с другой стороны (так как при расширении и сужении сосудов будет наблюдаться затемнение и осветление, скорее всего именно для этого и потребуется модуляция, так как полезный сигнал будет поступать с определенной частотой, вот здесь я и буду снимать информационный сигнал с несущей). Не судите строго, пока не углублялся в это, по этому и написал сюда. Я программист, в радиотехнике понимаю только на уровне защиты информации (спектр и т.д., теория, поиск, в общем долго рассказывать).

Эти моменты пока интересуют больше всего.

Ivanoff-iv

если я правильно понял и это просто измерение "прозрачности" пальца, то зачем там синус и вообще аналог на входе?
ИМХО нужно 2 уровня - выкл и стабилизированный вкл... при первом контролируем постороннюю засветку (коррекция нуля) при втором снимаем показания с датчика (так можно вычислить какой вклад в результат измерения внесен полезным сигналом, а какой посторонним)
при желании можно сделать несколько уровней вкл (типа поддиапазоны).
или наоборот плясать от выходного сигнала (пытаться стабилизировать его) но это посложнее

mickbell

[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569106#p3569106"]Номиналы заметил что перепутал - исправил. mickbell, что за разряды?[/uquote]Разряды порта PA, разумеется.
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569106#p3569106"]Имеется ввиду подключения к ножкам МК? О БОГИ! mickbell, вы гений![/uquote]Кто бы сомневался...

[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569106#p3569106"]Разряды перепутал (да - это ножки МК)

С генерацией синуса разобрался с вашей помощью. Один я бы еще неделю сидел точно, даже в мыслях не было, что неправильно подключил, хотя уже начал задаваться вопросом, что беда в схеме.
Теперь с модуляцией. Теоретически я знаю что такое АМ, но практически не знаю какие компоненты использовать, подозреваю, что на ставить ОУ с какой-нибудь обратной связью...[/uquote]Есть МК, достаточно и его. Говорите, вы программист? Тогда модуляцию можно сделать программно. Математически амплитудная модуляция есть простая функция:
X(t) = A(t)*(B(t)+C), где:
A(t) - колебания несущей частоты, например, A(t) = Am*sin(2*п*fнес*t)
B(t) - модулирующие колебания, например, B(t) = Bm*sin(2*п*fмод*t)
C - постоянное значение, оно должно быть не меньше амплитуды модулирующего сигнала Bm, иначе будет перемодуляция
t - время
fнес - несущая частота
fмод - модулирующая частота.

ImmortalAlexSan

Есть МК, достаточно и его. Говорите, вы программист? Тогда модуляцию можно сделать программно. Математически амплитудная модуляция есть простая функция:
X(t) = A(t)*(B(t)+C), где:
A(t) - колебания несущей частоты, например, A(t) = Am*sin(2*п*fнес*t)
B(t) - модулирующие колебания, например, B(t) = Bm*sin(2*п*fмод*t)
C - постоянное значение, оно должно быть не меньше амплитуды модулирующего сигнала Bm, иначе будет перемодуляция
t - время
fнес - несущая частота
fмод - модулирующая частота.

Программно - это, конечно, выход. Быстродействие сильно упадет?
Можете схемку для моего случая со светодиодом нарисовать (если модулировать не программно - все-таки я хочу чему-то новому научиться)?
С - это я так понимаю позволит сместить осциллограмму выше нуля, понял, читал о перемодуляции. В таком случае возникает вопрос: Как определить максимальное значение B(t) - только экспериментальным путем? Какие радиокомпоненты для этого использовать?
И еще один вопрос: правильно ли я представляю себе схему? Берем выход с ЦАП (наш синус), отправляем его на какой-нибудь из свободных разрядов порта, допустим, B, далее берем модулирующий сигнал и отправляем его на другой пин порта B. Где гарантия, что в каждый промежуток времени на этих пинах будет какое-то напряжение? И как вообще сюда вяжется светодиод?! Если его полезный сигнал - это свет после просвета пальца?!?!

mickbell

[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]Программно - это, конечно, выход. Быстродействие сильно упадет?[/uquote]Главное, чтобы его, быстродействия, хватило. А это зависит от требований. Есть несущая и есть модулирующий сигнал. Какова частота несущей и какова частота модулирующего сигнала?
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]Можете схемку для моего случая со светодиодом нарисовать (если модулировать не программно - все-таки я хочу чему-то новому научиться)?[/uquote]Есть разные способы. Например, взять аналоговый перемножитель: древний SO42 (или его аналог К174ПС1). Если несущая может быть не синусоидой, а меандром (прямоугольные импульсы), то элементарно:светодиод сверху (с анода) запитываете напряжением, соответствующим модулирующему сигналу, катод же коммутируете ключом-мосфетом, на затвор которого подана несущая. Схему я пока не рисую, предлагаю сделать это вам, а я проверю. Годится?
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]С - это я так понимаю позволит сместить осциллограмму выше нуля,[/uquote]Да.
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]понял, читал о перемодуляции. В таком случае возникает вопрос: Как определить максимальное значение B(t) - только экспериментальным путем?[/uquote]Отнюдь. Предварительно вы должны знать параметры сигнала, в том числе Bm. Так вот C должен быть не меньше, я об этом уже говорил, кажется.
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]Какие радиокомпоненты для этого использовать?[/uquote]Пока никакие. Я до сих пор подозреваю, что ваше требование синусоидальной несущей ничем не обосновано, но заметно усложняет схемотехнику.
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]И еще один вопрос: правильно ли я представляю себе схему? Берем выход с ЦАП (наш синус), отправляем его на какой-нибудь из свободных разрядов порта, допустим, B, далее берем модулирующий сигнал и отправляем его на другой пин порта B.[/uquote]Неправильно. Сейчас у вас как сделано: вы выдаёте в порт PA отсчёты для ЦАПа, соответствующие чистому, немодулированному синусу, и на выходе R-2R матрицы получаете чистый, немодулированный синус. Если же вы переделаете программу таким образом, что перед выводом в порт каждое табличное значение будет умножено на коэффициент (B(t)+C) и только потом отправлено в порт PA, то на выходе матрицы вы увидите модулированный синусоидальный сигнал. То есть схемотехнически ничего не добавляется. Конечно, потребуется усилитель-преобразователь этого напряжения в ток светодиода.
[uquote="ImmortalAlexSan",url="/forum/viewtopic.php?p=3569277#p3569277"]Где гарантия, что в каждый промежуток времени на этих пинах будет какое-то напряжение? И как вообще сюда вяжется светодиод?! Если его полезный сигнал - это свет после просвета пальца?!?![/uquote]Полезный сигнал надо будет, как я себе понимаю, оцифровать АЦП - наверно, внутренним.

PS. Немного размышлений, и картинка начинает видеться по-другому. На светодиод подаётся переменный сигнал постоянной амплитуды, а вот с фотодатчика (который с другой стороны пальца) снимается сигнал, модулированный пульсом. То есть не вы специально модулируете сигнал, а он модулируется самим пальцем. Разве не так?

HochReiter

Насколько я понимаю, требуется узнать ПП(t), где ПП - прозрачность пальца. I=Ф*ПП(t), I - ток фотодиода или сопротивление фоторезистора, измеряемый параметр. Ф - световой поток светодиода. Для чего надо модулировать световой поток? Для отсеивания помех, как верно заметил Ivanoff-iv , достаточно двух уровней: вкл и выкл или большой ток и малый ток. I1-I2 = (Ф1*ПП+Б)-(Ф2*ПП+Б), где Б - бяка, помеха. Б-Б=0. Частота модуляции (меандром, а не синусом) выбирается достаточно большой, чтобы за один период ПП не изменялась заметно. На деле всё немного сложнее, т.к. Б!=const, но в любом случае - нафига синус?

mickbell

Сомнение у меня появилось. Касается оно переменного напряжения. Сам факт питания светодиода импульсами вовсе не приводит к пропаданию помех, он просто позволяет выполнить усилитель сигнала фотоприёмника более простыми средствами, как усилитель переменного, а не постоянного напряжения. Нынче, в двадцать первом веке, вполне можно питать светодиод постоянным током, сделав усилитель сигнала фотоприёмника на опере. Но если лениво возиться или нет опыта - то таки ага, прописываю питание светодиода меандром и усилитель переменного тока, который проще выполнить; программно - взятие отсчётов АЦП в моменты непосредственно перед прекращением импульсов питания светодиода. И никакой модуляции, никакого синуса и ещё какой чертовщины.

Хотя... Если считать помехой засветку постоянным освещением, то таки ага, нужна импульсная запитка светодиода.

HochReiter

И я задумался: а что тут является помехой? Смещение нуля ОУ, внешняя засветка, дрожание пальца, что-то иное? И что надо узнать - только частоту пульса или его форму?

mickbell

Скорее всего, именно смещение нуля - в иных условиях оно много больше, чем полезный сигнал. Конечно, скорее всего в большинстве случаев оно окажется более низкочастотным, чем полезный сигнал, но вот какая штука нарисуется, если делать УНЧ с очень низкой нижней частотой полосы пропускания: палец сунул - и сиди жди, пока этот усилитель выйдет из ограничения и начнёт работать. Другое дело - усилитель модулированного сигнала, несущая частота которого - килогерцы, там выход на режим произойдёт, можно считать, моментально.