Wie verschiebt man eine Rechteckwelle nach unten?

Ich habe eine Rechteckwelle, die bei 25 kHz von 0 bis 30 V oszilliert. Ich möchte, dass es von -15V auf +15V schwingt. Gibt es dafür eine SUPER DUPER SIMPLE-Schaltung? Denken Sie daran, dass es bei 25 kHz auf und ab geht.

Hier ist die Schaltung. Die Rechteckwelle, die ich verschieben möchte, geht in den PiezoSpeaker unten rechts in der Schaltung.

Wie verschiebt man eine Rechteckwelle nach unten?

Nur ein RC wird es tun: -

Wenn es mit einer Sinuswelle gespeist wird (zur Vereinfachung des beigefügten Bildes), wird die Sinuswelle am Ausgang reproduziert, wobei jedoch der Gleichstrompegel entfernt wird, wodurch die korrekte Spitze-Spitze-Amplitude beibehalten wird. Folgendes passiert in den ersten Zyklen, wenn der DC-Pegel entfernt wird:

$\pi$

Wenn C = 10 uF und R = 1 kOhm ist, beträgt die Grenzfrequenz 15,9 Hertz und Meilen, um das oben gezeigte Statikproblem zu verursachen.

Wenn Sie jedoch tatsächlich eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von nicht 50:50 haben, benötigen Sie möglicherweise eine komplexere Schaltung, da der Gleichstrompegel nicht im Mittelpunkt der Wellenform liegt.

Wenn Sie dagegen einen einfachen Piezo-Wandler ansteuern, warum sollten Sie ihn dann auf den gleichen positiven und negativen Pegel schalten? Er ist rein kapazitiv und es ist egal, eine wirklich einfache Schaltung wird zu einem "Draht".

Es gibt mehrere einfache Optionen.

1. Rail-to-Rail-Operationsverstärker

   Wenn Sie einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker haben, können Sie vier Widerstände wie folgt verwenden:

   

   Dadurch wird das Signal auf 0-15 V aufgeteilt, was im Bereich der Versorgung des Operationsverstärkers liegt, und es wird dann mit der Hälfte von 15 V verglichen (dies sollte der neue Mittelpunkt sein). Es gibt keine negative Rückkopplung, was bedeutet, dass der Ausgang eine der Versorgungsschienen ist. Wenn Sie den Operationsverstärker mit +/- 15 V versorgen, wird ein +/- 15 V-Signal ausgegeben.

2. Transistor Level Shifter

   Eine zweite Möglichkeit besteht darin, einen PMOS-Transistor / Widerstandspegel-Shifter gefolgt von einem CMOS-Inverter zu verwenden, um die Inversion zu korrigieren. Sie müssen sicherstellen, dass die Transistoren mit 30 V + an den Vds und auch an den Vgs zufrieden sind. Dies ist für MOSFETs ziemlich hoch, aber Sie können solche mit einer Nennspannung von 40 V erhalten, so dass es nicht unmöglich ist, sie zu finden.

   

3. Wechselstromkopplung

   Wenn Ihr Signal eine kontinuierliche Wellenform ist, können Sie eine einfache Wechselstrompaar- und Rebias-Schaltung verwenden, die wie folgt aus nur einem Kondensator und zwei Widerständen besteht:

   

   Der Kondensator wirkt als Hochpassfilter, der die Gleichstromvorspannung beseitigt. Sie müssen jedoch darauf achten, dass der Kondensator für mindestens 45 V ausgelegt ist. Wenn Sie einen polarisierten Kondensator verwenden, stellen Sie sicher, dass der positive Anschluss zum Eingangssignal führt, da dies immer das höhere Potential ist.

   Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass wenn Ihr Signal jemals ausfällt, der Ausgang auf die mittlere Versorgung (0 V) schwimmt, was für alles, was Sie auch anschließen, in Ordnung sein kann oder nicht.

   Zusätzlich ist eine 30-V-Zenerdiode am Ausgang erforderlich, um zu verhindern, dass sie während des anfänglichen Übergangs auf 30 V ansteigt (während der Kondensator den Gleichstromversatz des Eingangssignals effektiv "misst"). Aus den Simulationswellenformen können Sie ersehen, wie der anfängliche Übergang mit der Zenerdiode an Ort und Stelle (obere Kurve) und ohne (untere Kurve) aussieht. Beachten Sie, wie ohne Sie zunächst ein 30V-Signal erhalten.

Eine einfache Schaltung mit ein paar Jellybean BJTs:

Es kommt nicht ganz auf die Schienen, vielleicht +/- 14V mit 15V Schienen, abhängig von der Last.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Keine Aufregung, keine Starttransienten, kann nicht über die Schienen hinausgehen, es wird einfach funktionieren.

Bearbeiten: Wenn Sie wirklich nur die Gleichstromvorspannung am Piezo entfernen möchten, fügen Sie einfach einen Reihenkondensator wie eine 1uF-Keramik und einen Widerstand von beispielsweise 100 K über den Piezo hinzu.