Quiero crear un circuito que tenga una entrada de la forma v(t) = A + Bsin(wt) donde f está entre 20Hz y 20kHz y B está entre 1 y 6 V. ¿Cómo puedo crear un circuito que produzca la misma amplitud independientemente de la amplitud de entrada utilizando sólo op amps, diodos, condensadores, inductores y resistencias?
Gracias.
Se trata de un problema lo suficientemente común como para que un circuito de este tipo tenga un nombre, llamado control automático de ganancia o "AGC".
Ten en cuenta que cuando dices amplitud "constante", tiene que ser durante algún tiempo. Si la señal fuera instantáneamente constante, entonces sería una fuente DC. Normalmente el AGC para audio tiene una constante de tiempo de unos 100 ms a más de un segundo, dependiendo del propósito.
La forma más obvia y sencilla de hacerlo es en un procesador digital. Se pueden guardar suficientes muestras en la memoria para que el volumen se pueda ajustar suavemente de modo que el pico máximo en la memoria esté justo en la salida máxima. Entonces realizar la función de ganancia también es fácil ya que es sólo una multiplicación digital.
Multiplicar en analógico por un valor sobre la marcha es difícil. Afortunadamente para el AGC sólo necesitas un multiplicador de dos cuadrantes, y no necesita ser muy lineal ya que está dentro del bucle de realimentación. (Para aclarar, la señal de entrada a la señal de salida debe ser lineal, pero el valor de control de entrada a la salida de ganancia puede ser no lineal). El famoso circuito oscilador de Bill Hewlett utilizó la característica no lineal de una bombilla para proporcionar una ganancia electrónicamente alterable. Hice algo similar hace muchos años con dos LEDs pegados a dos resistencias dependientes de la luz (LDRs). Los dos LEDs se accionaban de forma opuesta, y las LDRs estaban dispuestas en un divisor de tensión. El divisor de tensión entonces esencialmente reemplazado un potenciómetro utilizado como un control de volumen.
Hay otros esquemas para la ganancia controlada eléctricamente, pero de nuevo, esto es realmente pedir una implementación digital en la actualidad.
Comience con un enfoque descendente de su circuito.
Asegúrate de observar la imagen global (nodos de tensión, trayectorias de corriente, etc.) y asegúrate de que estos bloques no producen efectos no deseados cuando se juntan. Retroceder en cada paso y volver a mirar el objetivo general puede mostrar complicaciones en el circuito e incluso atajos.
Sé que es una respuesta un poco general, pero probablemente se pueda encontrar una respuesta más directa en la parte de atrás del libro de texto de donde salió esta pregunta (aunque puede que sólo tenga las respuestas de impar).
¿Cómo puedo crear un circuito que emita la misma amplitud independientemente de la amplitud de entrada utilizando sólo amplificadores operacionales, diodos, condensadores, inductores y resistencias?
Necesitas un circuito que pueda ajustar su ganancia para que pueda mantener la amplitud de lo que produce. Sin introducir distorsión seria esto no se puede lograr simplemente con los componentes que especificas a menos que fueras a construir un circuito multiplicador lineal de diodos y esto es un poco complejo para lo que creo es tu nivel de conocimientos. Perdon por el desprecio pero solo para mostrar lo que se requiere voy a dar algunos detalles.
Un diodo de conducción directa puede considerarse una resistencia variable controlada por tensión. Si el diodo está polarizado hacia delante en algún punto de su curva, la inyección de una pequeña señal de corriente alterna en el punto de polarización producirá una señal de corriente alterna algo atenuada (y ligeramente distorsionada). Si ajusta el punto de polarización hacia arriba y hacia abajo de la curva, la pequeña señal de CA puede verse cada vez más pequeña y más grande (con algunas cantidades variables de distorsión). Aquí es un sitio que puede ayudarle a entender las cuestiones sobre la polarización hacia adelante de un diodo y aquí está el diagrama principal de ese sitio: -
Básicamente, una pequeña señal (aplicada a través de una resistencia y un condensador) al ánodo de un diodo polarizado hacia delante puede modularse en amplitud alterando el punto de polarización. Para superar en gran medida la distorsión de la señal, puede utilizar una versión invertida de la señal de entrada y alimentar este a otro diodo (mismo punto de polarización hacia adelante) y la salida de la tensión de salida diferencial entre los dos ánodos: -.
¿Cómo ayuda esto?
Ignorando "A" (el contenido de CC en la fórmula del operador), si introduces una señal de entrada en el circuito anterior (en Vin), en Vout obtendrás una "copia" atenuada variable de esa entrada. La atenuación variable está controlada por Vbias. A medida que Vbias aumenta, Vout disminuye.
El truco consiste en aumentar Vbias a medida que aumenta la amplitud ac de salida. Esto se puede hacer con otra etapa de ganancia op-amp alimentada desde Vout (arriba). Esta etapa adicional debe convertir el pico de amplitud de CA en un nivel de CC, es decir, es un rectificador de precisión.
A medida que Vout aumenta debido al aumento de Vin, el rectificador de precisión intenta generar una tensión de control de CC mayor que, a su vez, aplica más polarización a los diodos, lo que a su vez reduce la señal Vout y, por tanto, controla la amplitud. La ganancia del rectificador de precisión determina lo plana que es la amplitud de salida cuando se realizan cambios en la amplitud de entrada.
Eso es todo en pocas palabras pero, esto puede ser un poco difícil si estás empezando en la electrónica.
NB - el circuito anterior se puede convertir en un multiplicador analógico de cuatro cuadrantes y también funciona bastante bien con BJTs en lugar de diodos. En la simulación, el uso de BJT rápido creo que es bueno para cerca de DC a 1 GHz, pero que sustituiría a los op-amplificadores con transformadores. Es similar a un modulador/mezclador en anillo de diodos pero funciona con un principio totalmente más lineal.
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