Traitement du signal avec amplificateurs opérationnels

Je suis chargé de reproduire le signal suivant

en utilisant uniquement des amplis opérationnels (et des résistances).

Je suis presque sûr que je dois ajouter deux signaux, les formes d'onde carrées et triangulaires, il est juste assez difficile de comprendre comment tordre le signal de -8V à 0V.

J'ai essayé d'obtenir la fonction de transfert en fonction d'un signal de forme d'onde carré V2 (-6V min à 0V max, freq = 1Hz) et d'une forme d'onde tringulaire V1 (0V min, 2V max, freq = 1Hz) avec cela, j'obtiens le sortie suivante Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Qui satisfait le tableau suivant SAUF AU POINT 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

Qu'est ce que je ferais?

Le carré et le triangulaire sont fournis en tant que signaux d'entrée, le circuit ne les génère pas, il suffit de les traiter pour donner en conséquence le signal montré sur la figure. C'est pour un projet donc c'est une sorte de devoir et je travaille dur dessus en ce moment. L'amplitude et le domaine temporel sont tout aussi importants.

La pente positive de l'onde triangulaire a besoin du double du gain de la pente négative, cela ne peut pas être fait dans un circuit opamp et résistances sans astuce:

Signal s1 = onde triangulaire, 0 V à +4 V
Signal s2 = onde carrée, 0 V à +12 V
Signal s3 = s1 / 2 + s2 / 2, 0 V à +8 V

$\pm$

$\times$

Schéma , seulement 2 amplis op et 9 résistances:

Une autre option est ce circuit, qui utilise le même nombre d'opamps que Stevens mais fonctionne légèrement différemment.
Il repose sur différents gains pour les oscillations positives / négatives (obtenues avec les diodes dans le circuit de rétroaction)
R2, R5 et R11 atténuent et décalent le signal -6V-0V à -2V-2V, tout en présentant une impédance de 1kΩ à l'opamp contribution. R7 et R8 doivent définir les différents gains pour les oscillations positives / négatives.
Les deux composantes (postive / négative prélevées des points "POS" et "NEG") du signal final sont ensuite additionnées et inversées par l'opamp U2, et vous avez votre signal de sortie.

Simulation:

Vous pouvez voir les signaux d'entrée (bleu / rouge) et le signal de sortie (vert) dans le graphique supérieur. En bas, vous pouvez voir les composantes positives et négatives (rose / bleu clair) qui sont additionnées par U2.

EDIT - Donc pas de diodes alors?

Juste pour le plaisir et pour respecter les contraintes, voici le même circuit mais en utilisant un ampli op avec des diodes de protection d'entrée à la place ;-)

Et voici la simulation:

J'ai inclus le courant via les entrées opamp pour montrer l'action de la diode. La sortie est la même que le premier circuit. En théorie, cela devrait fonctionner avec n'importe quel ampli op avec une protection d'entrée de diode à rail limitée.

Ce qui rend ce problème délicat, c'est que vous n'avez pas seulement la somme d'une onde triangulaire et d'une onde carrée. Les pas négatifs de l'onde carrée sont de -12 V, mais les pas positifs seulement +8 V.

Essayer de créer le signal final comme un composite de plusieurs signaux comme Steven et Oli l'a suggéré est parfaitement valide et peut en fait être la meilleure réponse. Cependant, voici une façon différente de penser à ce problème.

Considérez un condensateur qui peut être chargé et déchargé avec des courants fixes, et qui peut également être fixé haut et bas "instantanément" à +8 et -8 volts. Pour choisir quelque chose, utilisons un condensateur de 10 nF par exemple. Pour le décharger de 4 V en 1 ms, il faudrait -40 µA. Pour le charger, 8 V en 1 ms nécessiteraient +80 µA. Vous pouvez avoir des sources microamp -40 et +80 séparées qui sont activées au bon moment. Cependant, il est probablement plus facile d'avoir une source fixe -40 µA et une source commutable +120 µA.

Tout peut être piloté à partir d'une onde carrée de 500 Hz. la source de courant de 120 µA est activée lorsque l'onde carrée est positive (pendant 1-2 ms et 3-4 ms dans votre diagramme). La pince latérale basse est activée pendant une courte période à partir du front montant de l'onde carrée, et la pince large large à partir du front descendant. Étant donné que la tension est réinitialisée à l'une des limites de serrage une fois par milliseconde, cette méthode évite bien l'emballement si les étapes et les rampes ne s'additionnent pas exactement à zéro par cycle.

Ce n'est pas un schéma, juste un schéma du concept général. J'ai des transistors NPN et PNP pour les pinces uniquement pour montrer l'idée générale. Il faudrait plus, comme une diode et / ou une résistance, pour réinitialiser C2 et C3 à temps pour la prochaine utilisation si des transistors bipolaires sont réellement utilisés. Les sources actuelles peuvent être créées avec des amplis-op, et il existe différentes façons de les activer et de les désactiver.

Encore une fois, il s'agit d'un concept uniquement avec les détails laissés en exercice. Cependant, je pense que cela pourrait être réalisable en fonction de beaucoup de choses que vous ne nous avez pas dites, comme la précision, le lecteur de sortie, la vitesse des bords, etc. Je pourrais entrer dans plus de détails si c'est une direction qui vous intéresse.

Qu'en est-il d'ajouter un décalage à l'onde carrée pour la rendre asymétrique, puis de l'intégrer à un ampli opérationnel et de la soustraire de l'onde carrée d'origine. Je ne peux pas vraiment le résoudre, mais cela ressemble à une approche viable.