Amplification d'un générateur de signaux piloté par Arduino

[Flob74]

Bonjour à tous,

Pour m'occuper les week-ends pluvieux, j'ai décidé de mettre au point un générateur de signaux piloté par Arduino. Je compte le valider sur breadboard puis faire graver le circuit. J'ai la proposition suivante mais comme il faut bien débuter quelque part, j'aimerais vos bonnes remarques et conseils pour l'améliorer :

• Est-ce que le digipot est bien protégé vu qu'il ne supporte pas d'autres tensions que celles de son alimentations en 0/5V ?
• Est-ce qu'il serait nécessaire d'ajouter un AOP suiveur en sortie ?
• Est-ce qu'il y aurait d'autres choses permettant de l'améliorer à moindre frais ? (hors condensateurs de filtrages HF sur toutes les sorties et toutes les alimentations de puces).
  

Pour l'explication détaillée :
L'objectif est de générer un signal sinusoïdal, carré ou triangulaire jusqu'à 1Mhz, d'amplitude crète-à-crète max de 24V et d'offset entre ±12V. La fréquence maximale va être limitée par la bande passante du digipot =1Mhz. (les potentiomètres motorisées ou les VGA : 1-J'en ai pas, 2-C'est trop cher pour moi).

Pour cela j'ai :
1. Un AD9833 qui génère un signal de 0 à 0.6V. Le type et la fréquence sont programmable via le bus SPI au hertz près.
2. Un premier amplificateur non-inverseur amplifie le signal à 5V. Cela permet de réduire l'erreur dans le digipot et de ménager le produit gain-bande du second étage d'amplification.
3. Le digipot piloté par SPI, ajoute un gain négatif au signal. Niveau résolution, sur 8bits, j'aurais une résolution de 0.1V en sortie. C'est suffisant pour moi.
4. Un condensateur de découplage et un pont diviseur ramène la moyenne du signal à 0. Pour bien coupler mes résistance R2 et R5, le pense utiliser un potentiomètre réglable pour ajouter un offset manuel fin.
5. Un dernier AOP inverseur (le signal à une moyenne de 0V), qui permet d'augmenter l'amplitude du signal jusqu'à 24V c-à-c. et de régler l'offset via la tension de l'entrée V-. Cette tension d'offset sera générée via une pin PWM de l'Arduino et une amplification passe-bas via un autre AOP type LM358. La résolution du PWM des arduino étant sur 8bits, j'aurais toujours 0.1V de résolution sur l'offset.

Vu que rien n'est parfait et que les AOP souffrent de nombreux défauts, je compte plus tard ajouter un étage de mesure pour mesurer via l'Arduino la tension moyenne réelle du signal et l'amplitude réelle du signal. Mais j'en suis pas encore là.


Merci pour votre aide et de m'avoir accordé un peu de votre temps.
J'espère que les idées de ce post pourront aussi servir aussi à d'autres.
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[jiherve]

bonsoir,
tu ne pourras pas avoir un offset de +-12V et 24VCC en même temps car l'ampli de sortie va saturer sans compter sur le gain continu du dernier étage( R2,R4 ne servent à rien sauf à donner du gain en continu) ,par ailleurs l'ampli n'est pas rail tio rail out et les valeurs des résistances sont trop élevées pour pouvoir grimper en fréquence la datasheet du LM1771 est assez claire, ne pas dépasser le kOhm car les capas parasites vont tout ruiner.
Enfin il faudra bien faire attention aux échanges numériques pour ne pas polluer le signal, en clair on ne transmet que sur changement des consignes.
Pour la sortie un étage de puissance serait le bienvenu, en vintage mais on n'a jamais fait vraiment mieux LH0002.
JR

[Flob74]

Merci jiherve d'avoir été aussi réactif !

Oui, j'ai oublié de le préciser, mais je me doutais qu'il m'était impossible de dépasser la tension d'alimentation des AOPs et qu'il y aurait forcément une perte de tension. Je vais me contenter d'une tension de sortie comprise entre ±10V (à défaut d'une alimentation ±15V ou d'AOP rail-to-rail).
Clairement, c'est le LM7171 ne semble plus un bon choix d'AOP car il ne supportera pas une différence entre entrées de ±10V. Je regarde ce que j'ai en stock
A des fins d'amélioration de ma culture personnelle, l'endroit du datasheet qui dis qu'il ne faut pas dépasser le kOhm, c'est la résistance RL = 1 kΩ utilisé dans les specs ? J'ai clairement pas encore l'expérience pour faire attention à tout mais je travail à m'améliorer. C'est vrai que j'aurais pu faire attention aux circuit d'exemples qui ont de faibles résistances.

Concernant les échanges numériques, comme c'est un petit GBP Arduino pour alimenter quelques circuits d'essais dans le futurs, je peux m'arranger pour n'utiliser les canaux numériques qu'en cas de besoin. Mais effectivement c'est important.
Le LH0002 n'est pas accessible pour moi. Mais je vais me renseigner sur d'autres solutions possibles. Je ne l'ai pas non plus précisé, mais disons 500mA grand max en sortie me conviendrons tout à fait.

Concernant les résistances R2,R4 et le condensateur de liaison C4, ce qui me préoccupe c'est de griller le digipot avec du ±12V, ne serait-ce qu'en transitoire. De plus, j'ai l'impression que l'entrée de R3 se retrouve en l'air ?
Pour tester, je peux au moins commencer à monter le circuit en remplaçant le digipot par un vrai potar qui risque pas de griller et faire quelques mesures réelles.

[jiherve]

bonjour
le LM1771 est un bon ampli, si tu crains pour ton digipot (qui ne risque rien sauf fausse manip)il serait plus judicieux de lui coller 2 diodes de clamp sur sa sortie car comme déjà écrit tes résistances donnent un gain de 16 à ton AOP de sortie pour la commande d'offset
oublie de vouloir sortir 10v/.5A @1MHz non pas que cela ne soit pas faisable mais c'est inutile et couteux si l'on veut de la qualité pour le signal produit, un géné utile c'est au choix 1V sur 50 ohm (en HF le plus souvent) ou bien 10v 600Ohm pour la BF.
En pratique (j'ai commis moult géné en 55 ans d’électronique) il faut un gené capable de fournir un signal de 5Vcc (sinus/triangle/carré) avec une plage d'offset de +-5V, on exploite alors la dynamique utile des AOP courants et çà colle au besoins usuels.

JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Qristoff]

Bonsoir,
Mettre 220nF en sortie de l'AD9833, c'est une hérésie à proscrire !
Je verrais plutôt dans un premier temps un suiveur alimenté en symétrique (+/5V par exemple) pour avoir une sortie "propre" et "robuste".
Ensuite, la recette est plus simple ! un peu de gain, un peu d'offset au besoin, un poil de filtrage par ci par là

[Flob74]

OK jiherve, ça à l'air intéressant les diodes de clamp, je vais me renseigner sur cette technique. Concernant la plage du géné, merci de partager cette expérience sur les utilisations courante. Je partais sur une plage d'alimentation de ±12V parce que j'avais un transfo de 15V à disposition. Effectivement, se restreindre sur une plus petite plage de sortie, c'est plus "'facile" et plus raisonnable. 1V, 50ohm, ça va chercher dans les 20mA.

Merci Qristoff pour ta réponse. Je suis désolé d'avoir laissé cette coquille. C'est pas une capa de 220nF mais de 22pF lisser les très hautes-fréquences. (à 220nF, je lisse tout le signal ). C'est vraiment important de mettre un suiveur ? Parce que l'amplification suffit à ajouter de la puissance au signal et à utiliser le digipot au max de sa précision.

En tout cas, merci de m'aider dans mes projets et de faire vivre ce forum !

[jiherve]

Bonsoir,
D’après ton schéma la 220nf est en série, donc elle ne lisse pas mais laisse passer le signal.
Et effectivement il faudrait un AOP supplémentaire pour supprimer l'offset et offrir une basse impedance pour attaquer l'ampli de sortie.
JR

[Qristoff]

D’après ton schéma la 220nf est en série, donc elle ne lisse pas mais laisse passer le signal.

je parlais pas de C4 mais de C3 !

[jiherve]

bonjour
je l'avais raté, et donc tu as raison.
JR

[Vincent PETIT]

Bonjour,

à 220nF, je lisse tout le signal

C'est aussi parce que le DAC est un "high impedance, current source" qui débite dans une résistance interne de 200Ω, c'est sur celle-ci que tu récupères la tension de sortie. A 10kHz une capa de 220nF a une impédance de 72Ω qui se retrouve en || de la résistance de charge interne de 200Ω dans le composant. Le DAC "high impedance" pourrait se retrouver malmené en voyant une résistance équivalente de 53Ω.