Amplification AOP avec Offset

[Flob74]

Bonjour à tous,

J'ai un petit projet perso (plus pour le fun que pour l'utilité pratique) de faire un petit générateur basse fréquence complètement numérique à base d'Arduino. Comme tout est numérique, le gain est piloté par un digipot MCP41050 (50k, 5V).

J'ai "presque" la théorie, mais j'ai la mauvaise habitude que rien ne marche dans la pratique. Mes questions :

• J'ai de griller le digipot avec une tension négative. C'est le cas dans mon schéma. Est-ce qu'un autre montage me permettrait de mieux utiliser le digipot ? (sommateur non-inverseur ?)
• Je n'ai pas l'impression que ma série d'AOP soit bien optimisée. Peut-être quelqu'un connait-il une astuce pour en enlever 1 ou 2 ?
• Dans le même AOP, est-ce possible d'amplifier une tension au-delà de Vcc et de lui ajouter une tension négative pour la réduire dans un montage sommateur ?

Merci à ceux et celles qui prendrons quelques minutes pour lire ma problématique et tenter de répondes à mes interrogations (même si elles peuvent paraitre un peu bête).

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Voici mon projet et les détails qui peuvent avoir leur importance :

Objectif

Le but de ce montage est de générer un signal périodique contrôlé numériquement par arduino. Ce signal possède 4 caractéristiques : une forme sinusoïdale, en créneau ou triangulaire, une fréquence comprise entre 1Hz et 30MHz (doc du AD9833), une amplitude max de 24V et un Offset compris entre -12V et 12V.
L'avantage de tout contrôler avec l'Arduino, c'est le fun de ne pas utiliser un potar mécanique entre +12V et -12V pour l'Offset, la répétabilité, la possibilité d'intégrer une correction des valeurs affichées sur l'écran ou inversement, de corriger la consignes via une calibration initiale. Pour utiliser le mini GBF sans passer par la case Oscilloscope.
Après, puisque rien n'est parfait, je risque plutôt d'avoir un signal entre ±10V. Pour la précision, je vise les 0.05V puisque l'amplitude et l'offset sont chacun réglables sur 256 bits.

Composants

• L' alimentation : fournit du +12V, du -12V et du 5V (à base de régulateurs 78XX et 79XX).
• L'Arduino Nano : est le cerveau du projet
• L'Ecran Oled ST7789 : Donne toutes les informations sur les paramètres de réglage du système
• Le codeur/switch : Permet à l'utilisateur d'interagir sur les paramètres du signal (Type (sinus, créneau, triangle), Amplitude, Offset)
• Digipots MCP41050 : entre 35kΩ et 65kΩ, ne supporte pas plus de 5V entre ses bornes. Se connecte en SPI.
• Un synthétiseur de signal AD9833 : génère un signal dont la fréquence et la forme sont pilotable via un bus SPI
• Boitier en impression 3D. (Géométrie encore non définie)

Principe de fonctionnement

(L'ordre des AOP dépend des N° du schéma ci-dessus)

1. Un synthétiseur AD9833 génère le signal entre 0 et 0,6V
2. Ce signal est amplifié dans le 1er AOP. Le Gain est géré par le digipot. En sortie, la tension est sensée être entre -1,11V/0V
3. Le 2e AOP ramène le signal autour de 0V. L'offset est géré par une sortie PWM arduino lissé par un filtre passe bas.
4. Le 3e AOP amplifie définitivement le signal entre -12V et 12V au max. Gain total = G1xG2 sachant que G1 est géré par l'AOP1
5. Le 4e AOP réalise l'offset du signal en l'additionnant avec une tension entre -15V et +12V
6. Le 5e AOP transforme le signal PWM 0V/5V de l'arduino en -12V/12V pour l'Offset final.

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[jiherve]

bonsoir et bienvenue,
plusieurs remarques:
le digipot dans la CR est une très mauvaise idée, la bande passante n’excédera pas qqs kHz, il serait plus judicieux d'utilser un DAC en multiplieur mais là aussi on oubliera les MHz.
Il y a beaucoup trop d’étages pour garantir stabilité continue et bande passante.
JR

[Flob74]

Merci d'avoir répondu ! Effectivement, je me doutais un peu que les AOP limiteraient la bande passante. Et les seuls montages multiplieurs que j'ai trouvé sont à base de 4 AOP minimum (e(ln(a)+ln(b))). Quelques concessions peuvent être faites sur la bande passante.

Je comprend que dans le cas d'un AOP amplificateur inverseur, mettre un digipot en CR est une mauvaise idée en effet. la tension d'un coté est inférieure à la tension d'alim du digipot.
Mais dans le cas d'un amplificateur non inverseur, il ne devrait normalement pas y avoir de problème ?

[jiherve]

Bonjour,
Charges et lis une datasheet de digipot lambda et tu verras que leur bande passante est très faible:https://docs.rs-online.com/73e7/0900766b81380c0c.pdf.
Pour les multiplieur il existe des circuit tous faits ex AD734 https://www.analog.com/media/en/tech...eets/AD734.pdf
Cela assure le gain et le contrôle d'offset, BP 10MHz ce qui est raisonnable pour un générateur de signal, par contre il faut le piloter avec du 10V
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Qristoff]

Bonjour,

Le but de ce montage est de générer un signal périodique contrôlé numériquement par arduino. Ce signal possède 4 caractéristiques : une forme sinusoïdale, en créneau ou triangulaire, une fréquence comprise entre 1Hz et 30MHz (doc du AD9833)

l'AD9833 ne permet pas de monter au delà de 12,5MHz !

0 MHz to 12.5 MHz output frequency range

https://www.teachmemicro.com/arduino...nal-generator/

[Flob74]

Merci pour l'astuce du multiplicateur tout intégré, je vais creuser de ce coté là. 10Mhz de BP devrait être suffisant comparé aux 12,5Mhz de l'AD9833.

A la base, la version manuelle est toute bête et ressemble à ça :
Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609

Mais un digipot de 24V faut trouver. Et les potentiomètres motorisé, c'est pas très bon marché comparé des potar manuels et un AOP avec une très bonne bande passante.

[Flob74]

Désolé et merci pour la remarque Qristoff. C'est le quartz qui est à 25Mz, mais le signal en sortie est bien de 12,5Mhz.
Bon après, je ne recherche pas les Mhz mais plutôt un générateur de kHz. Si j'arrive à assembler un générateur qui monte jusqu'à une fréquence de 1Mhz c'est déjà pas mal vu les limitation des autres composants.

Et le "Tout existe il suffit de le trouver", ça veux dire qu'il existe un circuit précis et pas cher pour amplifier et Offsetter mon signal entre -12V et 12V à 12,5MHz ?!! Dans ce cas je prends ! mais en attendant, je continue de creuser... a force je trouverai bien du pétrole

[Antoane]

Bonsoir,

Merci pour l'astuce du multiplicateur tout intégré, je vais creuser de ce coté là. 10Mhz de BP devrait être suffisant comparé aux 12,5Mhz de l'AD9833.

A la base, la version manuelle est toute bête et ressemble à ça :
Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609Pièce jointe 433609

Mais un digipot de 24V faut trouver. Et les potentiomètres motorisé, c'est pas très bon marché comparé des potar manuels et un AOP avec une très bonne bande passante.

Ta PJ nèst pas passée, peux-tu la reposter ?

[Flob74]

Voici un essai de repost de l'image :

[jiherve]

bonsoir,
cela n'ira toujours pas car ton offset sera modifié par le réglage d'amplitude, il faut 2 étages !
Et il vaudrait mieux placer l'E²pot en charge du DDS en utilisant un gain fixe sur l'AOP.
JR

[Qristoff]

Je pense que de mettre E²pot directement en sortie du DDS, n'est pas le meilleur endroit vis à vis du rapport signal/bruit. Je pense qu'il serait préférable de mettre un ampli non inverseur à gain fixe en sortie du DDS (G=5 par exemple), puis mettre l'E²pot en sortie de l'ampli. Suivi d'un ampli à gain fixe (avec protection de sortie intégrée) pour la dynamique et le contrôle d'offset via un DAC en SPI.

[Antoane]

Bonsoir,
En plus du chainage que conseille JR et/ou Qristoff, tu peux mettre AOP de gain variable mais avec seulement quelques valeurs pour améliorer la résolution.
En effet, les tensions disponibles en sortie du potentiomètre numérique seront par exemple de 0, 10mV, 20mV, 30mV, 40mV.... 1V, 1.01V, 1.02V...
Si tu veux travailler autour de 1V de sortie, chaque pas du potentiomètre change al tension de ~1% et la variation est douce, continue. En revanche, si tu veux travailler avec de faibles tensions de sortie les changements sont bien plus brusques : chaque pas de 10mV autour de 100mV représente 10 % !

Un tel amplificateur peut se faire en discret, ou avec un circuit intégré, voir par exemple : https://www.analog.com/media/en/tech...ets/1228fd.pdf




C'est du même ordre que les multiplicateurs dont parlais JR plus haut, mais on trouve des amplificateurs commandés en courant, voir par exemple : https://www.analog.com/media/en/tech...ets/1228fd.pdf

[Qristoff]

t'as mis 2 fois la même datasheet tu cherches vraiment à le vendre

[jiherve]

re
de toutes les façons un E²pot pour gérer un gain/atténuation directement sur le signal en dehors de la bande audio est une hérésie cf #2.
JR

[Flob74]

OK. Merci pour les conseils.
Donc j'enterre l'idée d'utiliser un digipot (pas assez de bande passante).

Grâce à vos conseils, je vais plutôt chercher du coté :
- Des multiplicateur analogique (type AD633 mais en 10Mhz)
- IC type Multiplicateur de Gilbert
- Ou avec un AOP qui permet directement la modification du gain à partir d'une tension.

Seulement ensuite, je pourrais appliquer un Offset géré à partir d'un DAC et d'un AOP.

C'est vrai aussi qu'il faut que je reste hyper attentif à la bande passante de tout les composants qui voient passer mon signal alternatif. Quitte à faire des concessions sur mes 12,5 Mhz.

Merci encore !

[Qristoff]

Un tel amplificateur peut se faire en discret, ou avec un circuit intégré, voir par exemple : https://www.analog.com/media/en/tech...ets/1228fd.pdf

tu peux même utiliser un DAC avec une sortie en courant pour directement attaquer le Iset de l'ampli proposé par Antoane, du style https://docs.rs-online.com/5edd/0900766b8151d937.pdf