В точку а подан синусоидальный сигнал из точки в снимается как увеличить амплитуду сигнала в точке в
Моделирование аналоговой части DDS генератора. Часть 2 — Управление амплитудой сигнала, регулировка смещения сигнала и результирующая схема аналоговой части DDS генератора
В первой части статьи мы рассмотрели два этапа модернизации аналоговой части варианта DDS генератора на микроконтроллере ATmega16.
Управление амплитудой выходного сигнала
После того, как мы скорректировали напряжение смещения и отфильтровали сигнал (или не отфильтровали, если не включили фильтр), нам необходима регулировка амплитуды выходного сигнала DDS генератора. Диапазон регулировки должен быть 0 – 12 В. Для этого мы собираемся использовать инвертирующий усилитель с потенциометром для регулировки усиления. Номинал входного резистора потребуется рассчитать, и его значение должно таким, чтобы получить хорошую регулировку амплитуды во всем диапазоне положений потенциометра.
К примеру, номинал регулируемого резистора выберем 47 кОм. Напомним, что входное напряжение равно 2.5 В (первая часть статьи). Мы хотим получить амплитуду сигнала 12 В на выходе, потому коэффициент усиления будет равен 12/2.5=4.8. Если установить потенциометр в крайнее левое положение, мы получим:
Для того, чтобы получить амплитуду 0 В, нужно просто установить потенциометр в крайнее правое положение, усиление в этом случае будет близко к 0.
Регулировка смещения сигнала
Последний этап модернизации аналоговой части – регулировка смещения сигнала в диапазоне –12 В…+12 В. Самый простой способ реализации этого – прибавить напряжение смещения к напряжению сигнала.
Поскольку у нас уже есть два инвертирующих каскада, мы не хотим, чтобы последний каскад так же был инвертирующим, т.к. в этом случае на выходе DDS генератора мы получим инвертированный сигнал. Таким образом, мы должны реализовать неинвертирующее суммирование.
Давайте теперь посмотрим, как рассчитываются номиналы резисторов. Резисторы R6 и R7 мы выберем номиналом 100 кОм, т.к. они не критичны, и значение сопротивления находится в рекомендуемом диапазоне от 1 кОм до 1 МОм. Более интересным является коэффициент усиления данной схемы. Рассмотрим выходное напряжение неинвертирующего суммирующего усилителя:
Как мы видим, здесь напряжения суммируются и умножаются на коэффициент усиления. Если использовать резисторы R7 и R8 по 100 кОм, получим, что суммироваться будет только половина напряжений. Таким образом, нам нужен коэффициент усиления равный 2, чтобы работать с полными значениями напряжений. Итак, нам нужно:
После решения уравнения мы видим, что номиналы этих двух резисторов должны быть одинаковыми. Во избежание большого разброса резисторы выбраны по 100 кОм.
Результирующая схема аналоговой части DDS генератора
Теперь все узлы аналоговой части у нас модернизированы, и можно построить единую схему.
Здесь мы объединили все четыре узла схемы: регулировка напряжения смещения, фильтр нижних частот, управление амплитудой сигнала и управление смещением сигнала. Мы добились такой функциональности, применив лишь одну микросхему TL074, представляющую собой четырехканальный JFET операционный усилитель с низким уровнем шума. Если пользователей интересует схема симуляция аналоговой части в программе LTspice, то в секции загрузок можно скачать архив с необходимыми файлами. В симуляторе микросхема TL074 заменена на аналогичный LT1359, поэтому фактические результаты не должны отличаться.
Формы сигнала в различных точках схемы
Как видите, входной сигнал (Vinput) имеет небольшие искажения и смещен на величину 2.5 В. После схемы корректировки смещения (Voffadjust) он все еще имеет искажения, но уже пересекает уровень 0 В. После схемы фильтрации (Vfiltered) искажения исчезли – гладкая синусоида. Следующая схема корректирует амплитуду сигнала (Vgained), и на выходе мы получаем сигнал (Vout) с заданным уровнем смещения на уровне около –5 В.
Результаты выглядят многообещающе, поэтому для пользователей следующим шагом будет самостоятельное подключение усовершенствованной аналоговой части к микроконтроллеру.
В точку а подан синусоидальный сигнал из точки в снимается как увеличить амплитуду сигнала в точке в
Спасибо за помощь!
Не хочется городить что-то неведомое типа силовых операционных усилителей на много вольт и ампер.
В качестве усилителя думаю взять что-то из TDA2006, TDA2030, TDA2040, TDA2050, LM1875.
Из даташита:
The LM1875 delivers 20 watts into a 4 Ohm or 8 Ohm load on ±25V supplies.
The amplifier is designed to operate with a minimum of external components.
Стоит всего около 2 евро.
Выход AD9850 или AD9834 двухполярный? Если и нет, не страшно, есть схемки смещения на ОУ, регулируется сопротивлением.
К тому же выход токовый, где-то читал, что его можно преобразовать в выход по напряжению с помощью резистора на землю.
С выходом по напряжению ясно, а вот с током. схема та же, просто трансформатор наоборот?
На выходе генератора синусоиды фильтр НЧ (напр. MAX7400, MAX293 — кстати, что лучше для 40-60 Гц?)
Дальше цифровой потенциометр для регулирования амплитуды.
Дальше LM1875. Двухполярное питание. Перед трансформатором это плюс? Т.е. Смещать не предется.
На выходе трансформатор.
В итоге — конечно, идеальной фазы и амплитуды не выйдет, но хотя бы 1-2 ° и 1 В точности получится на выходе?
Как изменить амплитуду синусоидального или косинусного графа — манекены — Бизнес — 2022
Умножение функции синуса или косинуса на константу изменяет график родительской функции; в частности, вы изменяете амплитуду графика. При измерении высоты графика вы измеряете расстояние между максимальным гребнем и минимальной волной. Smack dab в середине этого измерения представляет собой горизонтальную линию, называемую синусоидальной осью . Амплитуда — это мера расстояния от синусоидальной оси до максимума или минимума. Следующий рисунок иллюстрирует этот момент далее.
Синусоидальная ось и амплитуда графа функций триггера.
Умножая функцию тригонометрии на определенные значения, вы можете сделать график более высоким или короче:
Положительные значения амплитуд больше 1 делают высоту графика выше.
выше, и так далее. Например,
вы умножаете высоту исходного синусоида на 2 в каждой точке. Поэтому каждое место на графике в два раза больше, чем оригинал.
Если вы помните, что усиление звука делает его громче, возможно, вам легче запоминать, что большие амплитуды увеличивают высоту.
Значения фракций от 0 до 1 делают график короче.
Можно сказать, что
еще короче. Например,
вы умножаете высоту родительского графа на 1/5 в каждой точке, делая это намного короче.
Изменение амплитуды также влияет на диапазон функции, поскольку изменяется максимальное и минимальное значения графика. Например, перед умножением функции синуса или косинуса на 2 его график колебался между -1 и 1; теперь он перемещается между -2 и 2.
Иногда вы умножаете тригонометрическую функцию на отрицательное число. Однако это отрицательное число не делает амплитуды отрицательными. Амплитуда — это мера расстояния, а расстояние не может быть отрицательным. Вы не можете ходить, например, на 5 футов, как бы вы ни старались. Даже если вы идете назад, вы все равно идете пешком 5 футов. Аналогично,
его амплитуда все еще равна 5. Отрицательный знак просто переворачивает график вверх дном.
В следующей таблице показано сравнение исходного ввода ( x ) и значение
Не волнуйтесь; вам не придется повторно создавать эту таблицу для каких-либо причин предварительного исчисления. Это просто для иллюстрации сравнения родительской функции и более сложных функций. Имейте в виду, что в этой таблице отображаются только значения синусоидальной функции и ее преобразования; вы можете легко сделать то же самое для косинуса.
Показанный выше рисунок иллюстрирует, как выглядят графики синуса после преобразований.Рисунок a — график
На следующем рисунке показаны еще несколько примеров преобразований синуса.
В точку а подан синусоидальный сигнал из точки в снимается как увеличить амплитуду сигнала в точке в
Альфа Центавра B b[1] Artist’s impression of the planet around Alpha Centauri 
1,13 0,04 0 Предполагаемая температура поверхности: 1200 °C[2] [3] Альфа Центавра B 4,37
Gliese 876 d[4] Gliese 876 d 
6,8 0,021 0,21 Предполагаемая температура поверхности: 157-377°C[5] [6] Gliese 876 15
Gliese 581 e Planet Gliese 581 
≥1,7 0,029 0 Из-за слишком высокой температуры скорее всего не имеет атмосферы [7] Gliese 581 20
Gliese 581 c[8] Planetary System in Gliese 581 (artist's impression).jpg ≥5,6 0,072 0 Сомнительна. Скорее всего находится вне обитаемой зоны[9] [10] Gliese 581 20
Глизе 667 Cc[11][12] Gliese 
5.24 1.99 1.32 302 K 0.82 Возможная мезопланета [13] Gliese 667C 22
61 Девы b[14] Artist concept 61vir 
≥5,1 0,050 0,12 Слишком высокая температура из-за близости к звезде [15] 61 Девы 28
HD 85512 b[16] HD 85512 b (Artists's impression).jpg ≥3,6 1.74[13] 1.33[13] 351 K[13] 0.26 0.11 0.76[13] Возможная термопланета.[13] Считалась наиболее жизнепригодной экзопланетой[17] до открытия Глизе 667 Cc. [17] HD 85512 36
55 Cancri e Newneptune nasa 
8,6 0,016 0,17 Слишком высокая температура из-за близости к звезде [18] 55 Cancri 40
HD 40307 b[19] A Trio of Super-Earths (artist's impression).jpg ≥4,2 0,047 0 Слишком высокая температура из-за близости к звезде [20] HD 40307 42
HD 40307 c[19] ≥6,8 0,081 0 Слишком высокая температура из-за близости к звезде [20] HD 40307 42
HD 40307 d[21] ≥9,2 0,134 0 Слишком высокая температура из-за близости к звезде [22] HD 40307 42
Подаем на вход гармонический синусоидальный сигнал (рис .14.
На выходе появится сигнал (рис. 15), амплитуда по сравнению с входным сигналом увеличилась. При большой амплитуде выходного сигнала происходит искажение формы выходного сигнала. Коэффициент усиления по напряжению каскада равен в данном случае Ku=2*4/(1+1*2)=2.67 (используя значения s=2,Rи=1 кОм, Rc=4 кОм), и с помощью графиков Ku=3/1.3=2.307. Получилась достаточно хорошая сходимость результатов.
На рис. 16изображена эквивалентная схема замещения усилительного каскада по постоянному току.
Входное сопротивление каскада: Rвх=Rз=100 кОм.
Выходное сопротивление каскада: Rвых=Rc || ri = 870 Ом.
Входная емкость каскада: Cвх=Сзи+См вх+(1+Кu)Сзс=24 пФ.
Выходная емкость каскада: Свых=Сзи+См вых+(1+Кu)Сзс/Ku=18 пФ.
Выходная постоянная времени: вых= (Rc || Rн)*Свых =1.54*10 -8 с.
Входная постоянная времени без учета сопротивления генератора:
вх = (Rг || Rз)*Свх = 2.3*10 -6 с.
б) Исследование усилительного каскада, собранного на полевом транзисторе с p—n— затвором и каналом n-типа по схеме с общим стоком – потоковый повторитель.
Используя КЗП, собираем схему истокового повторителя (рис.17)
Рассчитаем коэффициент усиления (коэффициент передачи):
, значение согласуется с теоретическими данными, по которым известно, что для усилителей данного типа коэффициент передачи не должен превышать 1(единицы).
Изменяем номиналы резисторов (R4 и R5), а также сопротивления нагрузки (R7, R8 и R9). Амплитуда выходного сигнала увеличивается. Соответственно увеличивается коэффициент передачи, приближаясь по своему значению к 1. Фазы входного и выходного сигнала при чисто активной нагрузке не меняются.
Входной сопротивление: RвхRс100 кОм – велико.
Выходное сопротивление: Rвых1/s0.5 кОм – мало.
Входное напряжение больше выходного примерно в 200 раз.
Подадим на вход непрерывный сигнал синусоидальной формы (рис. 18).
На выходе появится синусоидальный сигнал с амплитудой меньшей чем у входного сигнала.
При большой амплитуде сигнала наблюдается искажение формы выходного сигнала.
Каскад с общим истоком является фазоинвертирующим, так как выходной сигнал снимается со стока полевого транзистора, а сопротивление полевого транзистора обратно пропорционально напряжению на его затворе. Входное сопротивление каскада много больше выходного, что позволяет использовать его в качестве согласующего, или усилителя напряжения малой амплитуды.
Истоковый повторитель не инвертирует входной сигнал. Так как если приложить к входу истокового повторителя увеличивающееся по уровню напряжение, то это приведет к увеличению тока истока транзистора и соответствующему увеличению его выходного напряжения. Поэтому входной и выходной сигналы в схеме будут изменяться в фазе.
В точку а подан синусоидальный сигнал из точки в снимается как увеличить амплитуду сигнала в точке в
Ограниченный линейно меняющийся сигнал.
или на графике – пилообразное напряжение.
Пилообразный сигнал
Треугольный сигнал приходится «ближайшим родственником» линейно‑меняющемуся сигналу; отличие состоит в том, что график треугольного сигнала является симметричным
Треугольный сигнал
Сигналы шумов. Сигналы, о которых пойдет речь, очень часто смешивают с шумами, имея в виду только тепловые случайные шумы. Шумовые напряжения характеризуются частотным спектром (произведение мощности на частоту в герцах) и распределением амплитуд. Одним из наиболее распространенных типов шумовых сигналов является белый шум с гауссовым распределением в ограниченном спектре частот. Для такого сигнала произведение мощности на частоту в герцах сохраняется постоянным в некотором диапазоне частот, а вариации амплитуды для большого числа измерений мгновенного значения описываются распределением Гаусса. Шумовой сигнал такого типа генерирует резистор (шум Джонсона), и он создает неприятности при всевозможных измерениях, в которых требуется высокая чувствительность. На экране осциллографа мы видим шумовой сигнал таким, как он показан на рисунке
Шумовой сигнал
Прямоугольный сигнал. Как и синусоидальный, прямоугольный сигнал характеризуется амплитудой и частотой. Если на вход линейной схемы подать прямоугольный сигнал, то сигнал на выходе вряд ли будет иметь прямоугольную форму. Для прямоугольного сигнала эффективное значение равно просто амплитуде.
Прямоугольные сигналы
Форма реального прямоугольного сигнала отличается от идеального прямоугольника; обычно в электронной схеме время нарастания сигнала tн составляет от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд. На рисунке ниже показано, как обычно выглядит скачок прямоугольного сигнала. Время нарастания определяется как время, в течение которого сигнал нарастает от 10 до 90 % своей максимальной амплитуды.
Время нарастания скачка прямоугольного сигнала
Импульсы. Импульсы характеризуются амплитудой и длительностью импульса. Если генерировать периодическую последовательность импульсов, то можно говорить о частоте, или скорости повторения импульса, и о «рабочем цикле», равном отношению длительности импульса к периоду повторения (рабочий цикл лежит в пределах от 0 до 100 %).
Импульсы могут иметь положительную или отрицательную полярность (пьедестал), кроме того, они могут быть нарастающими или спадающими. Например, второй импульс, показанный на рисунке, является убывающим импульсом положительной полярности (или спадающим импульсом с положительным пьедесталом).
Нарастающие и убывающие импульсы обоих полярностей