Procesamiento de señal con amplificadores operacionales

Tengo la tarea de reproducir la siguiente señal

usando solo amplificadores operacionales (y resistencias).

Estoy bastante seguro de que debo agregar dos señales, las formas de onda cuadrada y triangular, es bastante difícil descubrir cómo girar la señal de -8V a 0V.

Intenté obtener la función de transferencia de acuerdo con una señal de forma de onda cuadrada V2 (-6V min a 0V max, freq = 1Hz) y una forma de onda tringular V1 (0V min, 2V max, freq = 1Hz) con esto, obtengo el siguiente salida Vo:

Vo = -2V1-2V2-4

Que satisface la siguiente tabla EXCEPTO EN EL PUNTO 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

¿Que debería hacer?

Tanto el cuadrado como el triangular se proporcionan como señales de entrada, el circuito no los genera, solo los procesa para dar como resultado la señal que se muestra en la figura. Es para un proyecto, por lo que es una tarea y estoy trabajando duro en este momento. Tanto la amplitud como el dominio del tiempo son igualmente importantes.

La pendiente positiva de la onda triangular necesita el doble de ganancia que la pendiente negativa, esto no se puede hacer en un circuito de opamp y resistencias sin algún truco:

Señal s1 = onda triangular, 0 V a +4 V
Señal s2 = onda cuadrada, 0 V a +12 V
Señal s3 = s1 / 2 + s2 / 2, 0 V a +8 V

$\pm$

$\times$

Esquema , solo 2 opamps y 9 resistencias:

Otra opción es este circuito, que usa la misma cantidad de amplificadores operacionales que Stevens pero funciona de manera ligeramente diferente.
Se basa en diferentes ganancias para las oscilaciones positivas / negativas (logradas con los diodos en el circuito de retroalimentación)
R2, R5 y R11 atenúan y cambian la señal -6V-0V a -2V-2V, mientras presentan una impedancia de 1kΩ a la opamp entrada. R7 y R8 son para establecer las diferentes ganancias para los cambios positivos / negativos.
Los dos componentes (positivo / negativo derivado de los puntos "POS" y "NEG") de la señal final se suman e invierten por el opamp U2, y usted tiene su señal de salida.

Simulación:

Puede ver las señales de entrada (azul / rojo) y la señal de salida (verde) en el gráfico superior. En la parte inferior puede ver los componentes positivos y negativos (rosa / azul claro) que se suman por U2.

EDITAR - ¿Entonces no hay diodos?

Solo por diversión, y para mantenerse dentro de las limitaciones, aquí está el mismo circuito pero usando un opamp con diodos de protección de entrada ;-)

Y aquí está la simulación:

Incluí la corriente a través de las entradas opamp para mostrar la acción del diodo. La salida es la misma que la del primer circuito. En teoría, esto debería funcionar con cualquier opamp con protección de entrada de diodo a riel limitada no actual.

Lo que hace que este problema sea complicado es que no solo tienes la suma de una onda triangular y una onda cuadrada. Los pasos negativos de la onda cuadrada son -12 V, pero los pasos positivos solo +8 V.

Intentar crear la señal final como un compuesto de varias señales como Steven y Oli sugirieron es perfectamente válido y, de hecho, puede ser la mejor respuesta. Sin embargo, aquí hay una forma diferente de pensar sobre este problema.

Considere un condensador que puede cargarse y descargarse con corrientes fijas, y también puede sujetarse alto y bajo "instantáneamente" a +8 y -8 voltios. Solo para elegir algo, usemos un condensador de 10 nF, por ejemplo. Descargarlo por 4 V en 1 ms requeriría -40 µA. Para cargarlo, 8 V en 1 ms requeriría +80 µA. Podría tener fuentes de microamperios -40 y +80 separadas que estén habilitadas en el momento adecuado. Sin embargo, probablemente sea más fácil tener una fuente fija de -40 µA y una fuente conmutable de +120 µA.

Todo se puede conducir desde una onda cuadrada de 500 Hz. la fuente de corriente de 120 µA se habilita cuando la onda cuadrada es positiva (durante 1-2 ms y 3-4 ms en su diagrama). La abrazadera lateral baja se habilita por un corto tiempo desde el borde ascendente de la onda cuadrada, y la abrazadera ancha alta desde el borde descendente. Dado que el voltaje se restablece a uno de los límites de la abrazadera una vez por milisegundo, este método evita el desbocamiento si los pasos y las rampas no suman exactamente cero por ciclo.

Esto no es un esquema, solo un diagrama del concepto general. Tengo transistores NPN y PNP para las pinzas solo para mostrar la idea general. Sería más necesario, como un diodo y / o resistencia, restablecer C2 y C3 a tiempo para el próximo uso si realmente se usan transistores bipolares. Las fuentes actuales se pueden crear con opamps, y hay varias formas de activar y desactivar una.

Nuevamente, este es un concepto solo con los detalles que quedan como ejercicio. Sin embargo, creo que esto podría funcionar dependiendo de muchas cosas que no nos haya contado, como precisión, unidad de salida, velocidad de los bordes, etc. Podría entrar en más detalles si esta es una dirección que le interesa.

¿Qué hay de agregar un desplazamiento a la onda cuadrada para hacerla asimétrica, luego integrarla con un amplificador operacional y restarla de la onda cuadrada original? No puedo resolverlo, pero parece un enfoque viable.