Обработка сигналов с помощью операционных усилителей

Мне поручено воспроизвести следующий сигнал

используя только операционные усилители (и резисторы).

Я почти уверен, что должен добавить два сигнала, квадратные и треугольные формы волны, просто довольно сложно понять, как повернуть сигнал от -8В до 0В.

Я попытался получить передаточную функцию в соответствии с прямоугольным сигналом V2 (минус 6 В до 0 В макс., Частота = 1 Гц) и трингулярным сигналом V1 (0 В мин., 2 В макс., Частота = 1 Гц) с помощью этого я получаю следующий вывод Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Что удовлетворяет следующей таблице, КРОМЕ ТОЧКИ V1 = 0, V2 = 0

    V1  V2   V0
    2   -6   8
    2   -6   4
    2    0  -8
    0    0  -4   <---HERES THE PROBLEM ! (Should be zero)
    0   -6   8

Что бы я сделал?

Как квадрат, так и треугольник предоставляются в качестве входных сигналов, схема не генерирует их, просто обрабатывает их, чтобы в результате получить сигнал, показанный на рисунке. Это для проекта, так что это своего рода домашнее задание, и я сейчас усердно работаю над ним. И амплитуда, и область времени одинаково важны.

Положительный наклон волны треугольника должен вдвое больше усиления отрицательного наклона, это невозможно сделать в схеме с усилителем и резисторами без некоторой хитрости:

Сигнал s1 = треугольная волна, от 0 В до +4 В
Сигнал s2 = прямоугольная волна, от 0 В до +12 В
Сигнал s3 = s1 / 2 + s2 / 2, от 0 В до +8 В

$\pm$

$\times$

Схема , всего 2 ОУ и 9 резисторов:

Другой вариант - это схема, которая использует то же количество операционных усилителей, что и Стивенс, но работает немного по-другому.
Он полагается на разные коэффициенты усиления для положительных / отрицательных колебаний (достигается с помощью диодов в цепи обратной связи)
R2, R5 и R11 ослабляют и сдвигают сигнал -6V-0V до -2V-2V, в то же время представляя импеданс 1 кОм операционному усилителю. вход. R7 и R8 должны установить различные коэффициенты усиления для положительных / отрицательных колебаний.
Два компонента (положительное / отрицательное постукивание из точек «POS» и «NEG») окончательного сигнала затем суммируются и инвертируются операционным усилителем U2, и у вас есть выходной сигнал.

Моделирование:

Вы можете увидеть входные сигналы (синий / красный) и выходной сигнал (зеленый) на верхнем графике. Внизу вы можете увидеть положительные и отрицательные компоненты (розовый / голубой), которые суммируются с помощью U2.

РЕДАКТИРОВАТЬ - Так нет диодов тогда?

Просто для забавы и чтобы не выходить за ограничения, здесь та же схема, но вместо нее используется операционный усилитель с защитными диодами входа ;-)

А вот и симуляция:

Я включил ток через входы усилителя, чтобы показать действие диода. Выход такой же, как и в первом контуре. В теории это должно работать с любыми операционниками с внеоборотным ограниченным диодом на защиту входных рельс.

Хитрость этой проблемы в том, что у вас не просто сумма треугольной волны и прямоугольной волны. Отрицательные шаги прямоугольной волны -12 В, но положительные шаги только +8 В.

Попытка создать окончательный сигнал в виде совокупности нескольких сигналов, как предложили Стивен и Оли, совершенно верна и, возможно, на самом деле может быть лучшим ответом. Однако здесь есть другой способ думать об этой проблеме.

Рассмотрим конденсатор, который может заряжаться и разряжаться с фиксированными токами, а также может быть зажат высоким и низким «мгновенно» до +8 и -8 вольт. Просто чтобы выбрать что-то, давайте используем, например, конденсатор 10 нФ. Для его разрядки на 4 В за 1 мс потребуется -40 мкА. Для зарядки 8 В за 1 мс потребуется +80 мкА. Вы могли бы иметь отдельные источники -40 и +80 микроампер, которые будут включены в нужное время. Однако, вероятно, проще иметь фиксированный источник -40 мкА и переключаемый источник +120 мкА.

Все может управляться с прямоугольной волны 500 Гц. источник тока 120 мкА включается, когда прямоугольная волна положительна (в течение 1-2 мс и 3-4 мс на диаграмме). Зажим нижней стороны активируется на короткое время от нарастающего фронта прямоугольной волны, а зажим с высокой шириной от падающего края. Так как напряжение сбрасывается до одного из пределов ограничения один раз в миллисекунду, этот метод прекрасно предотвращает разгон, если ступени и линейные изменения не суммируют ровно ноль за цикл.

Это не схема, а просто схема общей концепции. У меня есть NPN и PNP транзисторы для зажимов только для того, чтобы показать общую идею. Потребуется больше, например, диод и / или резистор, для своевременного сброса C2 и C3 для следующего использования, если биполярные транзисторы действительно используются. Источники тока могут быть созданы с помощью операционных усилителей, и существуют различные способы их включения и выключения.

Опять же, это концепция только с деталями, оставленными в качестве упражнения. Тем не менее, я думаю, что это может быть осуществимо в зависимости от многих вещей, которые вы нам не сказали, таких как точность, выходной диск, скорость ребер и т. Д. Я мог бы получить больше подробностей, если это направление, которое вас интересует.

Как насчет добавления смещения к прямоугольной волне, чтобы сделать его асимметричным, затем интегрирования его с операционным усилителем и вычитания его из исходной прямоугольной волны. Я не могу понять это, но это похоже на жизнеспособный подход.