Операционный усилитель: изменение направления вычитания

22.03.2013, 23:55. **Показов** 8388. **Ответов** 14

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Приветствую всех!

Есть вопрос: как можно в рантайме менять направление вычитания на операционном усилителе? То есть, сделать инверсный вход прямым и наоборот.

В частности, есть ли ОУ, которые умеют это делать (например, по сигналу на отдельную ногу); если таковых нет, то, быть может, есть какие-нибудь схемотехнические решения для "обмена" двух дорожек местами?

(Пояснение: это нужно для комбинированного buck-boost импульсного преобразователя. В частности, чтобы графики зависимости напряжения от duty для обоих режимов сходились в точке D=1, Uout=Uin.)

@soxop · 23.03.2013, 00:39

Приведите текущую схему. Будет над чем рассуждать конкретно.

@mzw · 23.03.2013, 00:41

смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php
Рисунок 12

@soxop · 23.03.2013, 00:44

mzw
Только если двухполярное питание.

@mzw · 23.03.2013, 13:33

Только если двухполярное питание.

При однополярном нужно сделать искусственную среднюю точку.

23.03.2013, 23:16

Вот схема и некоторые логические наброски.

Вообще, я планирую изготовить гибридный (buck/boost) DC-DC преобразователь, собранный без каких-либо готовых микросхем.

При этом основная идея следующая: я не хочу, чтобы он функционировал в режиме "либо Q1+Q3, либо Q2+Q4", гоняя через катушку ток, в N раз превышающий ток нагрузки, а становился либо buck-, либо boost-преобразователем в рантайме.

Собственно, идея управления простая: вычесть требуемое напряжение из имеющегося и сравнить его с пилой, получая ШИМ-сигнал. Его подать на микроконтроллер, который и будет отслеживать требуемый режим работы (buck/boost). На микроконтроллере полученный сигнал (на схеме - P) будет распространяться на четыре ключевых транзистора.

В режиме buck: Q3 разомкнут, Q4 замкнут, Q1 и Q2 управляются ШИМ-сигналом. При этом управляются они так, что с увеличением Uerr (усиленной ошибки) и скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение растёт, достигая Uin при D=1.

В режиме boost: Q1 замкнут, Q2 разомкнут, Q3 и Q4 управляются ШИМ-сигналом. При этом (здесь самое важное!) управляются они "в обратную сторону": с увеличением скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение падает, достигая того же Uin при том же D=1.

Итоговый желаемый график зависимости Uout от D я нарисовал в нижнем правом углу.
(Пояснение: такое извращение нужно для того, чтобы можно было плавно перейти с buck на boost.)

Собственно, отсюда следует то, что в buck- и boost-режимах вычитать требуемое напряжение из имеющегося (на схеме это M1) нужно в разных направлениях, чтобы обратная связь оставалась отрицательной. Вот и вопрос - как этого достичь?

Или же идея сама по себе ущербна, и описанное реализуется во много раз проще? В электронике я в достаточной степени нуб, так что критика приветствуется...

24.03.2013, 21:07

Сообщение от mzw

смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php
Рисунок 12

Там повторитель... Можно ли его объединить с тем, что уже есть, чтобы не ставить третий ОУ в схему?

@soxop · 25.03.2013, 00:05

Скетч такой:

http://i.cubeuptood.som/343TRP.png

1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes.
2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout.

Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора.

25.03.2013, 00:31

Сообщение от soxop

Скетч такой:

http://i.cubeuptood.som/343TRP.png

1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes.
2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout.

Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора.

Замечательно.. Спасибо. Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.
А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

@soxop · 25.03.2013, 00:36

Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.

Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе.

А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

Да. Отключение выхода по-русски.

25.03.2013, 01:11

[QUOTE="soxop"][QUOTE="Цитата:[/QUOTE]

Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.

Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе.

А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

Да. Отключение выхода по-русски.

Ясно. Просто три - это ни два, ни четыре :)
Я вот думаю: учитывая, что там всё равно будет МК и он всё равно будет измерять Verr (усиленную разность) через ADC, то, может быть, заставить его же генерить ШИМ... Это будет сильно хуже/грубее (если юзать измеренное значение как скважность)?

@soxop · 25.03.2013, 01:42

Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь).

(если юзать измеренное значение как скважность)?

IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем.

Источник на МК -- вообще занимательная штука. Можно еще, например, мерить выходной ток и защиту по току сделать (можно какую-нибудь интеллектуальную). У AVR-ок ацепов завались. Можно сделать управление по RS232/USB. И тыды.

25.03.2013, 14:59

[QUOTE="soxop"]Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь).

[QUOTE="Цитата:[/QUOTE]

(если юзать измеренное значение как скважность)?

IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем.

Хм. Исходно я так (всё в МК и юзать "мягкую" обратную связь) и хотел... Но потом подумал, что хардварное решение будет точнее/правильнее/etc (в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...).

С другой стороны, сейчас оно и так будет хотя бы частично на АЦП. Так что да -- так и сделаю.
Спасибо за советы!

@soxop · 25.03.2013, 19:33

(в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...).

АЦП медленноват, но не думаю, что это критично (ибо нагрузка вряд ли будет меняться быстрее). Если хотите более быстрого отклика, можно вместо АЦП поставить один компаратор, который будет сравнивать выходное напряжение с заданной из ЦАП опорой (ведь вам, по сути, нужно только знать -- больше текущее напряжение требуемого или меньше; в этом плане компаратор концептуальней, быстрей и точней). В МК останется только читать логический уровень с него. Некоторые МК (почти все AVR) уже на борту имеют компаратор.

26.03.2013, 20:52

Да, с компаратором тоже можно. Просимулирую-ка оба варианта в Proteusе.
Главное, найти подходящие ключевые транзисторы, а то там база данных чёрт знает какого года и тех, что я подобрал для окончательной реализации в железе, естественно, не наблюдается...

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 00:36	10
	Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)? Да. Отключение выхода по-русски. 0

Блоги программистов
Как перейти с Options API на Composition API в Vue.js BasicMan 06.01.2025 Почему переход на Composition API актуален В мире современной веб-разработки фреймворк Vue. js продолжает эволюционировать, предлагая разработчикам все более совершенные инструменты для создания. . .	Архитектура современных процессоров inter-admin 06.01.2025 Процессор (центральный процессор, ЦП) является основным вычислительным устройством компьютера, которое выполняет обработку данных и управляет работой всех остальных компонентов системы. Архитектура. . .	История создания реляционной модели баз данных, правила Кодда Programming 06.01.2025 Предпосылки создания реляционной модели В конце 1960-х годов компьютерная индустрия столкнулась с серьезными проблемами в области управления данными. Существовавшие на тот момент модели данных -. . .	Полезные поделки на Arduino, которые можно сделать самому raxper 06.01.2025 Arduino как платформа для творчества Arduino представляет собой удивительную платформу для технического творчества, которая открывает безграничные возможности для создания уникальных проектов. Эта. . .	Подборка решений задач на Python IT_Exp 06.01.2025 Целью данной подборки является предоставление возможности ознакомиться с различными задачами и их решениями на Python, что может быть полезно как для начинающих, так и для опытных программистов. . . .	С чего начать программировать микроконтроллеры raxper 06.01.2025 Введение в мир микроконтроллеров Микроконтроллеры стали неотъемлемой частью современного мира, окружая нас повсюду: от простых бытовых приборов до сложных промышленных систем. Эти маленькие. . .
Из чего собрать игровой компьютер inter-admin 06.01.2025 Сборка игрового компьютера требует особого внимания к выбору комплектующих и их совместимости. Правильно собранный игровой ПК не только обеспечивает комфортный геймплей в современных играх, но и. . .	Обновление сайта www.historian.by Reglage 05.01.2025 Обещал подвести итоги 2024 года для сайта. Однако начну с того, что изменилось за неделю. Добавил краткий урок по последовательности действий при анализе вредоносных файлов и значительно улучшил урок. . .	Как использовать GraphQL в C# с HotChocolate Programming 05.01.2025 GraphQL — это современный подход к разработке API, который позволяет клиентам запрашивать только те данные, которые им необходимы. Это делает взаимодействие с API более гибким и эффективным по. . .	Модель полного двоичного сумматора с помощью логических операций (python) AlexSky-coder 04.01.2025 def binSum(x:list, y:list): s=^y] p=x and y for i in range(1,len(x)): s. append((x^y)^p) p=(x and y)or(p and (x or y)) return s x=list() y=list()	Это мы не проходили, это нам не задавали...(асихронный счётчик с управляющим сигналом задержки). Hrethgir 04.01.2025 Асинхронный счётчик на сумматорах (шестиразрядный по числу диодов на плате, но наверное разрядов будет больше - восемь или шестнадцать, а диоды на старшие), так как триггеры прошли тестирование и. . .	Руководство по созданию бота для Телеграм на Python IT_Exp 04.01.2025 Боты для Телеграм представляют собой автоматизированные программы, которые выполняют различные задачи, взаимодействуя с пользователями через интерфейс мессенджера. В данной статье мы рассмотрим,. . .

ymtitfx
		1
	Операционный усилитель: изменение направления вычитания 22.03.2013, 23:55. Показов 8388. Ответов 14 Метки нет (Все метки) Приветствую всех! Есть вопрос: как можно в рантайме менять направление вычитания на операционном усилителе? То есть, сделать инверсный вход прямым и наоборот. В частности, есть ли ОУ, которые умеют это делать (например, по сигналу на отдельную ногу); если таковых нет, то, быть может, есть какие-нибудь схемотехнические решения для "обмена" двух дорожек местами? (Пояснение: это нужно для комбинированного buck-boost импульсного преобразователя. В частности, чтобы графики зависимости напряжения от duty для обоих режимов сходились в точке D=1, Uout=Uin.)

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	23.03.2013, 00:39	2
	Приведите текущую схему. Будет над чем рассуждать конкретно. 0

@mzw 0 / 0 / 0 Регистрация: 19.09.2011 Сообщений: 1,835
	23.03.2013, 00:41	3
	смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php Рисунок 12 0

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	23.03.2013, 00:44	4
	mzw Только если двухполярное питание. 0

@mzw 0 / 0 / 0 Регистрация: 19.09.2011 Сообщений: 1,835
	23.03.2013, 13:33	5
	Только если двухполярное питание. При однополярном нужно сделать искусственную среднюю точку. 0

ymtitfx
	23.03.2013, 23:16	6
	Вот схема и некоторые логические наброски. Вообще, я планирую изготовить гибридный (buck/boost) DC-DC преобразователь, собранный без каких-либо готовых микросхем. При этом основная идея следующая: я не хочу, чтобы он функционировал в режиме "либо Q1+Q3, либо Q2+Q4", гоняя через катушку ток, в N раз превышающий ток нагрузки, а становился либо buck-, либо boost-преобразователем в рантайме. Собственно, идея управления простая: вычесть требуемое напряжение из имеющегося и сравнить его с пилой, получая ШИМ-сигнал. Его подать на микроконтроллер, который и будет отслеживать требуемый режим работы (buck/boost). На микроконтроллере полученный сигнал (на схеме - P) будет распространяться на четыре ключевых транзистора. В режиме buck: Q3 разомкнут, Q4 замкнут, Q1 и Q2 управляются ШИМ-сигналом. При этом управляются они так, что с увеличением Uerr (усиленной ошибки) и скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение растёт, достигая Uin при D=1. В режиме boost: Q1 замкнут, Q2 разомкнут, Q3 и Q4 управляются ШИМ-сигналом. При этом (здесь самое важное!) управляются они "в обратную сторону": с увеличением скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение падает, достигая того же Uin при том же D=1. Итоговый желаемый график зависимости Uout от D я нарисовал в нижнем правом углу. (Пояснение: такое извращение нужно для того, чтобы можно было плавно перейти с buck на boost.) Собственно, отсюда следует то, что в buck- и boost-режимах вычитать требуемое напряжение из имеющегося (на схеме это M1) нужно в разных направлениях, чтобы обратная связь оставалась отрицательной. Вот и вопрос - как этого достичь? Или же идея сама по себе ущербна, и описанное реализуется во много раз проще? В электронике я в достаточной степени нуб, так что критика приветствуется...

ymtitfx
	24.03.2013, 21:07	7
	Сообщение от mzw смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php Рисунок 12 Там повторитель... Можно ли его объединить с тем, что уже есть, чтобы не ставить третий ОУ в схему?

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 00:05	8
	Скетч такой: http://i.cubeuptood.som/343TRP.png 1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes. 2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout. Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора. 0

ymtitfx
	25.03.2013, 00:31	9
	Сообщение от soxop Скетч такой: http://i.cubeuptood.som/343TRP.png 1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes. 2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout. Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора. Замечательно.. Спасибо. Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

ymtitfx
	25.03.2013, 01:11	11
	[QUOTE="soxop"][QUOTE="Цитата:[/QUOTE] Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)? Да. Отключение выхода по-русски. Ясно. Просто три - это ни два, ни четыре :) Я вот думаю: учитывая, что там всё равно будет МК и он всё равно будет измерять Verr (усиленную разность) через ADC, то, может быть, заставить его же генерить ШИМ... Это будет сильно хуже/грубее (если юзать измеренное значение как скважность)?

	26.03.2013, 20:52

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 01:42	12
	Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь). (если юзать измеренное значение как скважность)? IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем. Источник на МК -- вообще занимательная штука. Можно еще, например, мерить выходной ток и защиту по току сделать (можно какую-нибудь интеллектуальную). У AVR-ок ацепов завались. Можно сделать управление по RS232/USB. И тыды. 0

ymtitfx
	25.03.2013, 14:59	13
	[QUOTE="soxop"]Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь). [QUOTE="Цитата:[/QUOTE] (если юзать измеренное значение как скважность)? IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем. Хм. Исходно я так (всё в МК и юзать "мягкую" обратную связь) и хотел... Но потом подумал, что хардварное решение будет точнее/правильнее/etc (в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...). С другой стороны, сейчас оно и так будет хотя бы частично на АЦП. Так что да -- так и сделаю. Спасибо за советы!

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 19:33	14
	(в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...). АЦП медленноват, но не думаю, что это критично (ибо нагрузка вряд ли будет меняться быстрее). Если хотите более быстрого отклика, можно вместо АЦП поставить один компаратор, который будет сравнивать выходное напряжение с заданной из ЦАП опорой (ведь вам, по сути, нужно только знать -- больше текущее напряжение требуемого или меньше; в этом плане компаратор концептуальней, быстрей и точней). В МК останется только читать логический уровень с него. Некоторые МК (почти все AVR) уже на борту имеют компаратор. 0