Використання Opto-Isolator для зміни посилення Op-Amp

Розглянемо цю схему, яка є стандартним неінвертуючим підсилювачем з посиленням A = 1+R1/R2.

Тепер я хочу мати можливість змінити це значення посилення динамічно, використовуючи штифт мікроконтролера. Я придумав таке рішення, яке в основному змінює значення резистора зворотного зв’язку, вставляючи паралельно інший резистор:

Я думаю, що нове підсилення (із включеним оптоізолятором) є

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

Чи справді це рішення діятиме так, як я задумав? Я особливо переживаю, що напруга насичення фототранзистора може певним чином впливати на підсилювач. Якщо так, чи існує альтернативне рішення цієї проблеми?

Припущення : Існує певна потреба в оптичній ізоляції між контролем посилення (вихід виходу) та модулем посилення.

Ось спрощення підходу в питанні, який видаляє будь-які транзистори / польові транзистори з ланцюга зворотного зв'язку, і забезпечує діапазон аналогового (безперервний) вигоди, зберігаючи при цьому оптико-ізоляції - Використовувати LDR оптрон , який використовується в деяких класичних і Зробіть аудіо підсилювачі :

Для одноразової або самостійної альтернативи використовуйте дешевий і всюдисущий світлодіодний резистор CdS разом із звичайним світлодіодом:

Принципова така схема:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Опір регулювання посилення є паралельною комбінацією R1 і (R2 + R_LDR).

Змінюючи або робочий цикл сигналу ШІМ, або напругу вихідного контакту ЦАП мікроконтролера, інтенсивність світла світлодіода змінюється. У міру збільшення цього опору світлодіодний опір падає - від дуже високого значення (тобто малого впливу на розрахунок посилення), коли світлодіод вимикається, до низького значення, коли світлодіод працює майже на 100% робочому циклі.

Примітка . Якщо використовується ШІМ, частота ШІМ повинна бути значно вищою за частотну смугу, що цікавить сигнал. В іншому випадку ШІМ з'єднається в шлях сигналу, як вказував @ pjc50.

Усі надані відповіді більш-менш ефективні, але мають деякі недоліки:

1. Усі, окрім відповідей Аніндо Гоша, працюватимуть лише з досить низькими напругами або мають невеликий діапазон регулювання (ну або дуже високі нелінійні спотворення).

2. Рішення з фоторезистором спрацює, але резисторні оптрони - це якась екзотична стихія.

3. Забезпечити деякий підсилення практично неможливо, і цей коефіцієнт буде змінюватися залежно від температури.

Отже, такі схеми підходять лише для схем AGC, де другий зворотний канал регулюватиме посилення до потрібних значень.

Якщо потрібно встановити точний та надійний коефіцієнт посилення, єдиним методом роботи є використання MOSFET, керованих у режимі перемикання (ON / OFF) та звичайних резисторів:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Чому ви не використовуєте контроль посилення від шини SPI від MCU: -

Є інші мікросхеми контролю над посиленням, які можна активувати апаратними лініями, якщо вам не подобається SPI. Я широко використовував цей пристрій і можу порушити його корисність та точність.

SPI не потребує високої швидкості, і його також можна ізолювати, якщо вам це справді потрібно. Я пробіг 2 МГц SPI на 10 метрів з гідними драйверами, але їздити на досить повільній швидкості не буде проблемою.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якщо припустити, що ваш підсилювач сигналу підсилювача та земля MCU ідентичні, такий підхід працює. Якщо ні, використовуйте оптопар для керування MOSFET. Ви також можете додати кілька паралельних MOSFET (з окремими лініями управління), щоб отримати кілька варіантів посилення.

Я б сказав, що кращою ідеєю було б використовувати оптоізолятор для управління перемикачем CMOS і використовувати його для перемикання в резисторі. Поклавши фототранзистор у цикл, подібний, може мати дивні результати.

Я відповідаю на моє власне запитання тут, бо я скористався порадою джиппі. Я побудував схему на дошці і провів вимірювання.

• Блок живлення: 5 В (7805)
• Op-Amp: LM324
• Опто-ізолятор: SFH610A-3
• R1: 21,7 к
• R2: 9,83 к
• R3: 21,8 к
• Увімкнув оптоізолятор зі струмом 7,7 мА

За цих значень резистора очікуване посилення становить 2,11.

Ось результати вимірювань:

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

Крім того, я виміряв напругу на R3 та опто-транзисторі, що дозволило мені обчислити значення резистора для транзистора. Це коливалося від 400 до 800 Ом, швидше за все, через мій мультиметр виникли проблеми з вимірюванням малих напруг. Компенсація очікуваного посилення додаванням 600 Ом до R3 зменшує різницю до 0,6% макс.

Тож моя відповідь така: Так, це буде працювати так, як я очікував, ймовірно, в основному через те, що струми були настільки низькими, що транзистор використовується в лінійній області. Я б не очікував таких самих результатів, якби резистори, що використовуються, мали значно менший опір.

Тим не менш, я змінив свою схему, щоб використовувати метод, запропонований markt та johnfound. Здається більш правильним.