Недавно я создал схему генератора треугольной формы с использованием операционного усилителя LM324. Но на выходе генератора были какие-то периодические пики. Однако я смог подавить пики, опустив нагрузочный резистор (<= 1 кОм, 680 Ом полностью убил пики). Что может быть причиной этого? Моим первым предположением было, что где-то в контуре обратной связи может быть полюс из-за паразитного импеданса, и нижний нагрузочный резистор это компенсировал.

Я попробовал ту же схему, используя операционный усилитель TL084, который имеет входы JFET. На этот раз пиков не было, даже если нагрузочный резистор не был подключен! Таким образом, если в петле обратной связи был полюс, то в этой цепи также должны были появиться пики. Мне интересно, что может быть РЕАЛЬНОЙ причиной для пиков и как нагрузочный резистор убил это? Я действительно ценю помощь от кого-то с опытом в этой области.

Примечание: я использовал макет без припоя для построения схемы

Схема:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Форма волны (LM324)

Форма волны (TL084):

Это отличный пример того, почему необходимо учитывать различные физические ограничения разных операционных усилителей.

Вы правы, это не столб. На самом деле, это не имеет ничего общего с самой схемой, скрытыми паразитами или чем-то в этом роде.

Существует огромный и жизненно важный ключ, скрывающийся на виду. Шипы случаются с LM324. Они не с TL084. Вот ваш ответ, прямо здесь. Причина в том, что это связано с самим LM324. Но что у TL084 есть у LM324?

Скорость.

Или, более конкретно, скорость нарастания. Это то, сколько вольт в микросекунду (или любой другой промежуток времени, который вы бы предпочли), операционный усилитель может убить или покачивать свой выход, независимо от всех других соображений. Это отличается от фазового сдвига. Мне нравится думать о фазе как о задержке, которая вводится, это похоже на время реакции, но операционный усилитель все еще способен точно воссоздать входной сигнал на своем выходе (или независимо от того, что операционный усилитель настроен для работы), даже если это может быть не совсем в фазе с входом.

Скорость поворота не то. Скорость нарастания не является скоростью с точки зрения задержки или времени реакции. Речь идет о том, как быстро меняется сам сигнал. Если входной сигнал изменяется так быстро, что воссоздание усиленного сигнала на выходе превысит скорость нарастания этого операционного усилителя ... это не сработает. Операционный усилитель просто не может двигаться так быстро.

То, что вы видите в этом конкретном случае, это переключение шума с первого прямоугольного сигнала LM324. Посмотрите на треугольную волну и прямоугольную волну на вашем осциллографе, и вы должны увидеть шипы

Есть операционные усилители, которые могут развить несколько тысяч вольт в микросекунду. Для этих очень быстрых и гибких операционных усилителей ... ну, их бизнес покачивается. И бизнес это хорошо.

Тогда есть операционные усилители, которые не могут даже управлять полным вольт за микросекунду. Операционные усилители, такие как LM324. Он имеет скорость нарастания всего 0,5 В / мкс. Проще говоря, он медленнее, чем ленивец на кетамине.

Поскольку он настолько медленный, в вашей цепи он не способен реагировать достаточно быстро.

Ясно, как грязь, верно? Позвольте мне немного разобраться.

Время историй!

Я заранее прошу прощения, но я собираюсь персонифицировать операционные усилители, потому что, честно говоря, никто не сказал мне не делать этого.

Давайте не будем обращать внимания на LM324, генерирующий прямоугольную волну, он не играет существенной роли в этом явлении. Достаточно просто помнить, что первый LM324 как раз и создан, чтобы создать как можно более близкую к прямоугольной волне волну, которая отталкивает треугольную волну от второй, более острой LM324.

Теперь наш второй LM324 настроен как фильтр нижних частот, который также можно рассматривать как интегратор.

Для первой части нашей прямоугольной волны она низкая, ниже уровня земли. Он находится в области плато, и наш интегратор LM324 успешно заряжает конденсатор от C1 до R3. Ток является постоянной величиной Vin_low / R3, и выход операционного усилителя линейно возрастает по мере зарядки конденсатора. Это то, что мы хотим, это то, что генерирует ту треугольную волну красивой формы, которую мы создали для создания схемы.

Внезапно, однако, что-то катастрофическое происходит для нашего бедного маленького операционного усилителя. Вход без предупреждения внезапно сместился с Vin_low (назовем его -1V) на Vin_high, что составляет + 1V! Вход полностью изменил полярность и быстро! Слишком быстрый, чтобы этот похожий на черепаху операционный усилитель не надеялся идти в ногу со временем.

Скорость нарастания по существу показывает ненулевое выходное сопротивление операционного усилителя. Это происходит с более высокими частотами, что приводит к потере усиления, пока вы на самом деле не потребуете, чтобы операционный усилитель работал как можно быстрее, а теперь его выходной сигнал действует как резистивный линейный регистр. Он пытается форсировать свой выход так быстро, как маленькие транзисторы.

Итак, теперь у нас есть весь заряд, который наш LM324 провел весь низкий цикл прямоугольной волны, проталкивающейся в конденсатор, с новым напряжением противоположной полярности, приложенным к тому же конденсатору. Выход не изменился достаточно быстро, поэтому мы получаем импульс тока, который соединяется через конденсатор с входом.

Вы можете рассматривать это как искусственное воздействие на «землю» на выходе или просто как импульс тока, вызывающий скачок на входе и вызывающий скачок на выходе. Это очень типичная проблема для таких интеграторов с ограниченной скоростью нарастания.

Теперь нагрузочный резистор фактически не устраняет скачок, но как только он становится достаточно низким, чтобы он доминировал над любым током, который обычно должен был бы полагаться на выходное сопротивление операционного усилителя (которое является самым высоким при ограничении скорости нарастания), тогда величина шипа будет уменьшаться все дальше и дальше, пока не станет такой же, как пропала. Он может протекать через нагрузочный резистор и меньше зависеть от выходного сопротивления / сопротивления операционного усилителя.

TL084 работает вообще без какого-либо нагрузочного резистора, потому что его импеданс все еще довольно низок даже в те быстрые времена нарастания и спада «прямоугольной» волны. Он с радостью принимает переключение прямоугольной волны с ходу, а просто смущает и пугает бедного LM324.

Мы можем сказать, что это происходит, посмотрев на фактическое место, где происходят всплески. Посмотрите, как они не идеально выровнены с треугольными вершинами и долинами (которые также являются точками пересечения нулевой прямоугольной волны)? Шипы появляются немного позже. Я чувствую запах конденсаторного махинации.

Ага. Вы можете подтвердить все это, измеряя ток через C1, а затем наблюдая, как это влияет на входное напряжение сразу после R3. Наложите свою всплесковую треугольную волну, и я уверен, что вы сможете эмпирически уложить эту тайну в покой!

Я сделал все возможное, чтобы объяснить, но это не так просто. Более подробное объяснение, подобное учебнику, можно найти на странице 6.180 « Усилители сигнала» Уолта Юнга .

TLDR : ленивцы медленные, особенно на кетамине.