Como você desloca uma onda quadrada para baixo?

Eu tenho uma onda quadrada que oscila em 25khz de 0 a 30v. Gostaria que oscilasse de -15v a + 15v. Existe um circuito SUPER DUPER SIMPLE para fazer isso? Tenha em mente que está subindo e descendo a 25khz.

Aqui está o circuito. A onda quadrada que quero mudar está entrando no PiezoSpeaker no canto inferior direito do circuito.

Como você desloca uma onda quadrada para baixo?

Apenas um RC fará isso: -

Se alimentado com uma onda senoidal (para conveniência da imagem anexada), ele reproduzirá a onda senoidal na saída, mas com o nível CC removido, mantendo assim a amplitude correta de pico a pico. Aqui está o que acontece nos primeiros ciclos à medida que o nível DC é removido: -

$\pi$

Se C = 10 uF e R = 1 kohm, a frequência de corte estará a 15,9 hertz e a quilômetros de distância, causando o problema de queda visto acima.

No entanto, se você realmente tem uma onda quadrada de ciclo de trabalho de 50:50, pode precisar de um circuito mais complexo, porque o nível DC não estará no ponto médio da forma de onda.

Por outro lado, se você estiver dirigindo um simples transdutor piezo, por que mudar para níveis positivos e negativos iguais - é puramente capacitivo e não se importa, um circuito realmente simples se torna "um fio".

Existem várias opções simples.

1. Amplificador operacional em trilho a trilho

   Se você possui um amplificador operacional trilho a trilho, isso pode ser feito usando quatro resistores da seguinte maneira:

   

   Isso dividirá o sinal em 0-15V, que está na faixa de fornecimento do amplificador operacional, e depois o compara com metade de 15V (que deve ser o novo ponto médio). Não há feedback negativo, o que significa que a saída será um dos trilhos de suprimento. Se você fornecer +/- 15V ao amplificador operacional, isso emitirá um sinal de +/- 15V.

2. Deslocador de nível do transistor

   Uma segunda opção é usar um deslocador de nível de resistor / transistor PMOS seguido por um inversor CMOS para corrigir a inversão. Você precisa garantir que os transistores estejam felizes com 30V + nos Vds e também nos Vgs. Isso é bastante alto para os MOSFETs, mas você pode obter os classificados de 40V, por isso não é impossível encontrar.

   

3. Acoplamento CA

   Se o seu sinal é uma forma de onda contínua, você pode usar um simples circuito de pares e rebias CA - que consiste em apenas um capacitor e dois resistores, como a seguir:

   

   O capacitor atua como um filtro passa-alto que remove a polarização DC. Você deve ter cuidado, no entanto, para que o capacitor seja classificado para pelo menos 45V. Além disso, se você usar um capacitor polarizado, verifique se o terminal positivo vai para o sinal de entrada, pois esse sempre será o maior potencial.

   A desvantagem dessa abordagem é que, se o sinal desaparecer, a saída flutuará para a fonte intermediária (0V), o que pode ou não ser bom para o que você estiver conectando também.

   Além disso, é necessário um diodo zener de 30V na saída para evitar que ele suba para 30V durante o transiente inicial (enquanto o capacitor efetivamente "mede" o deslocamento CC do sinal de entrada). Você pode ver nas formas de onda da simulação como o transiente inicial se parece com o diodo zener no lugar (rastreamento superior) e sem (rastreamento inferior). Observe como sem você receber um sinal de 30V inicialmente.

Um circuito simples usando alguns BJTs jellybean:

Não chegará aos trilhos, talvez +/- 14V com trilhos de 15V, dependendo da carga.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Sem confusão, sem transientes de inicialização, não pode ir além dos trilhos, apenas funcionará.

Edit: Se você está realmente preocupado apenas em remover a polarização DC no piezo, basta adicionar um capacitor em série, como uma cerâmica de 1uF e um resistor de, digamos, 100K no piezo.