Ich habe kürzlich eine dreieckige Wellenformgeneratorschaltung mit dem Operationsverstärker LM324 hergestellt. Aber die Leistung des Generators hatte eine Art periodische Spitzen. Ich konnte jedoch die Spitzen unterdrücken, indem ich den Lastwiderstand senkte (<= 1 kOhm, 680 Ohm töteten die Spitzen vollständig). Was kann der Grund dafür sein? Meine erste Vermutung war, dass es aufgrund der parasitären Impedanz irgendwo in der Rückkopplungsschleife einen Pol geben könnte, und der Widerstand mit niedrigerer Last hat dies kompensiert.

Ich habe die gleiche Schaltung mit dem Operationsverstärker TL084 versucht, der über JFET-Eingänge verfügt. Diesmal waren die Spikes nie da, auch wenn der Lastwiderstand nicht angeschlossen war! Wenn es also einen Pol in der Rückkopplungsschleife gab, sollten die Spitzen auch in dieser Schaltung aufgetreten sein. Ich frage mich, was die WIRKLICHE Ursache für die Spitzen sein kann und wie der Lastwiderstand sie getötet hat. Ich freue mich sehr über die Hilfe von jemandem mit Erfahrung auf diesem Gebiet.

Hinweis: Ich habe ein lötfreies Steckbrett zum Aufbau der Schaltung verwendet

Schema:

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

Wellenform (LM324)

Wellenform (TL084):

Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, warum die verschiedenen physikalischen Einschränkungen verschiedener Operationsverstärker berücksichtigt werden müssen.

Du hast recht, es ist keine Stange. Tatsächlich hat es nichts mit der Schaltung selbst oder versteckten Parasiten oder Ähnlichem zu tun.

Es gibt einen riesigen und lebenswichtigen Hinweis, der sich in Sichtweite versteckt. Die Spitzen treten beim LM324 auf. Sie tun nicht mit dem TL084. Da ist deine Antwort, genau dort. Die Ursache hat etwas mit dem LM324 selbst zu tun. Aber was hat der TL084, was der LM324 nicht hat?

Geschwindigkeit.

Oder genauer gesagt, Anstiegsgeschwindigkeit. Das ist, wie viele Volt pro Mikrosekunde (oder was auch immer Sie bevorzugen) der Operationsverstärker unabhängig von allen anderen Überlegungen seinen Ausgang drehen oder wackeln kann. Dies unterscheidet sich von der Phasenverschiebung. Ich stelle mir Phase gerne als eine Verzögerung vor, die eingeführt wird. Es ist eine Art Reaktionszeit, aber der Operationsverstärker ist immer noch in der Lage, das Eingangssignal an seinem Ausgang (oder was auch immer der Operationsverstärker konfiguriert ist) originalgetreu wiederherzustellen wenn es möglicherweise nicht ganz in Phase mit dem Eingang ist.

Anstiegsgeschwindigkeit ist das nicht. Die Anstiegsgeschwindigkeit ist keine Geschwindigkeit in Bezug auf Verzögerung oder Reaktionszeit. Es geht darum, wie schnell sich das Signal selbst tatsächlich ändert. Wenn sich das Eingangssignal so schnell ändert, dass die Neuerstellung des verstärkten Signals am Ausgang die Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers überschreitet, funktioniert dies nicht. Der Operationsverstärker kann sich einfach nicht so schnell bewegen.

Was Sie in diesem speziellen Fall sehen, ist das Umschalten des Rauschens von der Rechteckwelle des ersten LM324. Schauen Sie sich die Dreieckswelle sowie die Rechteckwelle auf Ihrem Oszilloskop an, und Sie sollten die Spitzen sehen

Es gibt Operationsverstärker, die mehrere tausend Volt pro Mikrosekunde ansteuern können. Für diese sehr schnellen und schlagfertigen Operationsverstärker ... nun, ihr Geschäft wackelt. Und das Geschäft läuft gut.

Dann gibt es Operationsverstärker, die nicht einmal ein ganzes Volt in einer Mikrosekunde verwalten können. Operationsverstärker wie der LM324. Es hat eine Anstiegsgeschwindigkeit von nur 0,5 V / µs. Um es ganz klar auszudrücken, es ist langsamer als ein Faultier auf Ketamin.

Weil es so langsam ist, kann es in Ihrer Schaltung nicht schnell genug reagieren.

Klar wie Schlamm, oder? Lassen Sie es mich ein wenig aufschlüsseln.

Märchenstunde!

Ich entschuldige mich im Voraus, aber ich werde Operationsverstärker personifizieren, weil mir ehrlich gesagt niemand gesagt hat, ich solle es nicht tun.

Ignorieren wir den LM324, der die Rechteckwelle erzeugt. Er spielt bei diesem Phänomen keine große Rolle. Es genügt einfach zu bedenken, dass der erste LM324 nur dazu da ist, so nahe wie möglich an einer quadratischen Welle zu erzeugen, die die Dreieckswelle vom zweiten, stacheligeren LM324 antreibt.

Jetzt ist unser zweiter LM324 als Tiefpassfilter konfiguriert, der auch als Integrator angesehen werden kann.

Für den ersten Teil unserer Rechteckwelle ist es niedrig, unter der Erde. Es befindet sich im Plateau-Bereich und unser LM324-Integrator lädt den Kondensator C1 über R3 problemlos auf. Der Strom ist eine Konstante Vin_low / R3, und der Ausgang des Operationsverstärkers steigt linear an, wenn der Kondensator geladen wird. Dies ist, was wir wollen, das ist es, was diese schön geformte Dreieckswelle erzeugt, für die wir die Schaltung gebaut haben.

Plötzlich passiert jedoch etwas Katastrophales für unseren armen kleinen Operationsverstärker. Der Eingang hat sich ohne Warnung plötzlich von Vin_low (nennen wir es -1V) zu Vin_high verschoben, was + 1V ist! Der Eingang hat die Polarität vollständig umgekehrt und ist schnell! Viel zu schnell, als dass dieser schildkrötenähnliche Operationsverstärker jemals hoffen könnte, mithalten zu können.

Die Anstiegsgeschwindigkeit legt im Wesentlichen den Ausgangswiderstand eines Operationsverstärkers ungleich Null frei. Dies geht mit höheren Frequenzen einher, was zu einem Verlust an Verstärkung führt, bis Sie tatsächlich verlangen, dass der Operationsverstärker so schnell wie möglich schwenkt, und jetzt wirkt sein Ausgang wie ein resistiver linearer Bereich. Es versucht, seinen Ausgang so schnell zu erzwingen, wie es kleine Transistoren können.

Was wir jetzt haben, ist die Ladung, die unser LM324 während des gesamten niedrigen Zyklus der Rechteckwelle in den Kondensator geschoben hat, wobei die neue Spannung mit entgegengesetzter Polarität auf denselben Kondensator aufgedrückt wurde. Der Ausgang hat sich nicht schnell genug geändert, so dass wir einen Stromimpuls erhalten, der über den Kondensator zum Eingang zurückkoppelt.

Sie können es als künstliches Erzwingen der "Masse" am Ausgang oder als einen Stromimpuls betrachten, der den Eingang überschreitet und den Ausgang spitzen lässt. Dies ist ein sehr typisches Problem bei solchen Integratoren mit begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit.

Jetzt beseitigt der Lastwiderstand die Spitze nicht wirklich, aber sobald er niedrig genug ist, um den Strom zu dominieren, der normalerweise für den Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers benötigt wird (der bei begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit am höchsten ist) Die Größe der Spitze wird immer weiter verringert, bis sie so gut wie weg ist. Es kann durch den Lastwiderstand fließen und wird durch die Ausgangsimpedanz / den Widerstandswiderstand des Operationsverstärkers weniger beeinflusst.

Der TL084 arbeitet überhaupt ohne Lastwiderstand, da seine Impedanz selbst bei den schnellen Anstiegs- und Abfallzeiten des Rechteckwelleneingangs immer noch recht niedrig ist. Es dauert gerne, bis das Rechteckwellen-Switcheroo in vollem Gange ist, während es den armen LM324 einfach verwirrt und erschreckt.

Wir können dies erkennen, indem wir uns den tatsächlichen Ort ansehen, an dem die Spitzen auftreten. Sehen Sie, wie sie nicht perfekt auf die Dreiecksspitzen und -täler ausgerichtet sind (die auch die Rechteckwellen-Nulldurchgangspunkte sind)? Die Spitzen treten etwas später auf. Ich rieche Kondensator-Spielereien.

Ja. Sie können dies alles bestätigen, indem Sie den Strom durch C1 messen und dann beobachten, wie sich dies direkt nach R3 auf die Eingangsspannung auswirkt. Überlagern Sie Ihre spitzende Dreieckswelle, und ich bin zuversichtlich, dass Sie dieses Rätsel empirisch lösen können!

Ich habe mein Bestes gegeben, um es zu erklären, aber es ist nicht so einfach. Eine ausführlichere Erklärung finden Sie auf "Seite" 6.180 der Signalverstärker von Walt Jung .

TLDR : Faultiere sind langsam, besonders bei Ketamin.