Menggunakan Opto-Isolator untuk mengubah Amplifikasi Op-Amp

Pertimbangkan rangkaian ini, yang merupakan penguat non-pembalik standar dengan amplifikasi A = 1+R1/R2.

Saya sekarang ingin dapat mengubah nilai amplifikasi ini secara dinamis, menggunakan pin mikrokontroler. Saya datang dengan solusi ini, yang pada dasarnya memodifikasi nilai resistor umpan balik dengan memasukkan resistor lain secara paralel:

Saya pikir amplifikasi baru (dengan opto-isolator dihidupkan) adalah

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

Apakah solusi ini benar-benar berfungsi seperti yang saya maksudkan? Saya terutama khawatir bahwa tegangan saturasi fototransistor dapat mempengaruhi op-amp dalam beberapa cara. Jika demikian, apakah ada solusi alternatif untuk masalah ini?

Asumsi : Ada beberapa kebutuhan untuk isolasi optik antara kontrol gain (keluaran UC) dan modul amplifikasi.

Berikut ini adalah penyederhanaan dari pendekatan dalam pertanyaan, yang menghilangkan transistor / FET dari jalur umpan balik, dan memberikan rentang keuntungan (kontinu) analog, sambil mempertahankan isolasi-opto - Gunakan optocoupler LDR seperti yang digunakan dalam beberapa klasik dan Amplifier audio DIY :

Untuk alternatif satu kali atau DIY, gunakan resistor tergantung cahaya CdS yang murah dan ada di mana-mana, ditambah dengan LED biasa:

Skema demikian adalah:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Gain mengendalikan resistensi adalah kombinasi paralel dari R1 dan (R2 + R_LDR).

Dengan memvariasikan siklus tugas sinyal PWM, atau tegangan pin output DAC dari mikrokontroler, intensitas cahaya LED bervariasi. Ketika ini meningkat, resistensi LED turun, dari nilai yang sangat tinggi (yaitu sedikit efek pada perhitungan gain) ketika LED mati, ke nilai rendah ketika LED berada pada siklus tugas hampir 100%.

Catatan : Jika menggunakan PWM, frekuensi PWM harus jauh lebih tinggi daripada pita frekuensi yang diminati sinyal. Kalau tidak, PWM akan berpasangan ke jalur sinyal, seperti yang ditunjukkan oleh @ pjc50.

Semua jawaban yang diberikan kurang lebih bisa diterapkan, tetapi memiliki beberapa kelemahan:

1. Semua, tetapi jawaban Anindo Ghosh hanya akan bekerja dengan voltase yang sangat rendah atau memiliki kisaran regulasi yang kecil (distorsi nonlinear baik atau sangat tinggi).

2. Solusi dengan resistor foto akan bekerja, tetapi resistor optocoupler adalah semacam elemen eksotis.

3. Hampir tidak mungkin untuk memberikan keuntungan yang pasti dan kenaikan ini akan bervariasi dengan suhu.

Jadi, skema seperti itu hanya cocok untuk skema AGC di mana umpan balik kedua akan mengatur keuntungan dengan nilai yang dibutuhkan.

Jika penguatan yang pasti dan dapat diandalkan harus ditetapkan, satu-satunya metode yang berfungsi adalah menggunakan MOSFET yang dikendalikan dalam mode switching (ON / OFF) dan resistor normal:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Mengapa Anda tidak menggunakan kontrol gain dari bus SPI dari MCU: -

Ada chip kontrol gain lainnya yang dapat diaktifkan oleh jalur perangkat keras jika Anda tidak menyukai SPI. Saya telah menggunakan perangkat ini secara luas dan dapat menjamin kegunaan dan akurasinya.

SPI tidak perlu kecepatan tinggi dan dapat diisolasi juga jika Anda benar-benar membutuhkannya. Saya sudah menjalankan 2MHz SPI 10 meter dengan driver yang layak tetapi pergi dengan kecepatan sangat lambat tidak akan menjadi masalah.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dengan asumsi ground sinyal op-amp Anda dan ground MCU Anda identik, pendekatan ini akan berhasil. Jika tidak, gunakan optocoupler untuk menggerakkan MOSFET. Anda juga dapat menambahkan beberapa MOSFET paralel (dengan garis kontrol terpisah) untuk mendapatkan beberapa opsi perolehan.

Saya akan mengatakan ide yang lebih baik adalah dengan menggunakan optoisolator untuk mengontrol saklar CMOS, dan menggunakannya untuk beralih di resistor. Menempatkan fototransistor dalam loop seperti itu mungkin memiliki hasil yang aneh.

Saya menjawab pertanyaan saya sendiri di sini, karena saya sudah menerima saran jippie. Saya telah membangun sirkuit di atas papan tempat memotong roti dan melakukan pengukuran.

• Catu daya: 5 V (7805)
• Op-Amp: LM324
• Opto-Isolator: SFH610A-3
• R1: 21,7 k
• R2: 9,83 k
• R3: 21.8 k
• Mengaktifkan opto-isolator dengan arus 7,7 mA

Dengan nilai-nilai resistor ini, amplifikasi yang diharapkan adalah 2,11.

Berikut adalah hasil pengukurannya:

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

Selain itu, saya mengukur tegangan pada R3 dan opto-transistor, memungkinkan saya untuk menghitung nilai resistor untuk transistor. Ini berfluktuasi dari 400 ke 800 Ohm, kemungkinan besar karena multimeter saya mengalami kesulitan mengukur tegangan kecil. Mengkompensasi amplifikasi yang diharapkan dengan menambahkan 600 Ohm ke R3, menurunkan selisihnya menjadi 0,6% maks.

Jadi jawaban saya adalah: Ya, itu akan bekerja seperti yang saya harapkan, mungkin sebagian besar karena arus sangat rendah sehingga transistor digunakan di area linier. Saya tidak akan mengharapkan hasil yang sama jika resistor yang digunakan memiliki resistensi jauh lebih sedikit.

Namun, saya mengubah sirkuit saya untuk menggunakan metode yang disarankan oleh markt dan johnfound. Tampak lebih benar.