Domanda:
Amplificatore operazionale come comparatore ad alta frequenza
Bud
2019-04-05 15:51:38 UTC
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Sto cercando di generare un segnale PWM sinusoidale utilizzando circuiti analogici. Voglio confrontare la mia onda sinusoidale e quella triangolare utilizzando un amplificatore operazionale (LM741) che ha un tempo di salita di 0,3 µs e una velocità di risposta di 0,5 V / µs, che teoricamente andrà bene a 5 kHz. Ma non sto ottenendo un buon output PWM.

Quindi ho provato prima a confrontare l'onda sinusoidale con una tensione di riferimento (2,2 volt). Ampiezza dell'onda sinusoidale = 2,5 volt (5 V da picco a picco) e frequenza 100 Hz e 5 kHz.

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  • A bassa frequenza (diciamo 100 Hz), l'uscita è buona
  • Ad alta frequenza (diciamo 5 kHz), l'uscita è troppo pessima.

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Quale sarà il problema ...

Se la risposta è il problema del comparatore, ma la velocità di risposta è 0,5 V / µs.

Calcolo della velocità di risposta per un segnale sinusoidale ...

Velocità di risposta = Vm * 2 ppi * Frequenza 

  = 5 V * 2pi * 5000 Hz

     = 1570796 volt al secondo o 0,15 V / µs

Teoricamente la velocità di risposta di 0,5 V / µs sarà OK per un segnale sinusoidale di 5 kHz e 5 volt picco-picco. Ma nel mio caso il segnale è distorto.

Dove mi sbaglio?

Sembra che ci sia un ritardo / ritardo significativo nella risposta dell'output w.r.t.il segnale di ingresso (~ 30µs?).Cosa potrebbe causare questo?Cosa è collegato all'uscita?'Solo sonda per oscilloscopio?
[Perché non dovresti usare il 741.] (https://electronics.stackexchange.com/questions/304521/reasons-not-to-use-a-741-op-amp/304522)
Per 5Khz ho pensato che 741 andrà bene, per quello che ho calcolato. Altrimenti certo cambierò l'amplificatore opp che ha un alto tasso di risposta e lo aggiornerò ....... @JRE
Sì, ho usato la sonda dell'oscilloscopio solo in uscita.Non so quale sia la causa di questo errore ....... @Jimmy
Ti stai allacciando.
Nota che questa domanda riguarda la teoria alla base dei calcoli.Dire a OP di cambiare il suo amplificatore operazionale non fa nulla per rispondere alla domanda.Risolve semplicemente il problema senza che OP sappia perché.
Se non ti agganci, stai almeno saturando e il recupero richiede tempo.Un 741 è un comparatore scadente e un OP-AMP over driven rail to rail non è in grado di funzionare secondo le specifiche di progettazione dei piccoli segnali.Sei anche nella fascia bassa per l'headroom di alimentazione 741.
La velocità di variazione di un'onda quadra è infinita.Quindi un amplificatore operazionale con velocità di variazione limitata non emetterà un'onda quadra.Emetterà un'onda "trapezoidale", che è ciò che stai vedendo.La domanda che dovresti porre è: la velocità di rotazione del tuo trapezio corrisponde alle specifiche?Sembra di no.È di gran lunga troppo lento.Ma volevo solo sottolineare che il tuo calcolo della frequenza non è realmente applicabile quando l'uscita prevista è un'onda quadra.
Cinque risposte:
Michael Karas
2019-04-05 16:03:15 UTC
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I consigli per te sono molto semplici.

  1. Utilizza un comparatore per questa applicazione invece di un opamp.

  2. Seleziona una parte più recente che funzioni con tempi di risposta più rapidi di ordini di grandezza.

Sarebbe la cosa migliore se il 741 potesse essere sradicato dalla faccia della terra.

Ecco cosa si può ottenere con il venerabile LM393 a 5kHz.Il circuito mostrato funzionerà anche fino a circa 50 kHz prima che il ritardo dell'LM393 inizi a distorcere il ciclo di lavoro PWM.

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Certo amico cambierò l'amplificatore opp o usando il comparatore, aggiornerò presto i dati.
@Nihal - Se mostri nuovi risultati nella domanda non eliminare il tuo materiale originale, ma aggiungilo come aggiornamento alla fine.La ragione di ciò è che si spera che questa domanda possa essere un riferimento ai futuri lettori che sono alla ricerca di informazioni come discusso qui.Se elimini il materiale originale, le risposte qui non avrebbero più molto senso per un futuro lettore.
"Sarebbe la cosa migliore se il 741 potesse essere sradicato dalla faccia della terra."ok - mordo.quali sono le tue ragioni?
@UKMonkey il 741 è stato rilasciato per la prima volta nel 1968. E sebbene all'epoca fosse un fantastico circuito integrato, sono disponibili amplificatori operazionali di gran lunga superiori con una tensione di offset di ingresso inferiore, una larghezza di banda maggiore, un'impedenza di ingresso più alta, ecc.-amp "prima, quindi passa immediatamente a uno degli amplificatori operazionali più non ideali nella pratica, chiedendoti perché il loro design non funziona.
LM741 potrebbe essere ancora nei libri di testo ...
Penso che ci debba essere un po 'di isteresi in un circuito pratico (anche se, anche in questo caso, a seconda del tipo di amplificatore operazionale, [inversione di fase] (https://electronics.stackexchange.com/questions/161943/can-i-use-lm324-as-a-schmitt-trigger / 161950 # comment331918_161950) è una cosa molto reale).Quando i due ingressi sono nominalmente uguali, qualsiasi rumore verrà amplificato dal guadagno ad anello aperto, con il risultato di possibili oscillazioni rail-to-rail.E / o oscillazioni dovute al feedback dall'uscita.
Forse introdurre 100 µV di rumore casuale nella simulazione su una delle sorgenti di segnale.
Quale software di simulazione hai usato, è che la simulazione contiene più varietà di amplificatori opp, transistor come saggio ..... @michael
@PeterMortensen - Sì, qualsiasi progetto pratico vorrebbe includere un feedback sul comparatore per introdurre l'isteresi.
@Nihal - Uso lo strumento di simulazione gratuito LTSpice.Viene fornito con un sacco di modelli per componenti Linear Tech e Analog Devices.Ha alcuni transistor generici e diodi e FET.Per utilizzare qualcosa come un comparatore LM393 ho dovuto scaricare un modello Spice per la parte da TI e quindi collegarlo a LTSpice.(Notare la linea .include sullo schema).
@CurtisHx Scoprirai anche che un 741 DIP è molto povero come esca per il salmone.
@MichaelKaras- Grazie amici, userò quello per fare più circuiti analogici.
Grazie amici, funziona bene durante l'utilizzo del comparatore LM339.
user287001
2019-04-05 16:09:59 UTC
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Gli amplificatori operazionali funzionano lentamente con basse tensioni di alimentazione.Inoltre sono progettati per funzionare nella regione lineare.Per quanto satura, come nella tua applicazione, la risposta ha un tempo morto imprevedibile.prima che la saturazione interna sia svanita.

Posso solo ripetere ciò che è già stato detto: acquista un comparatore.741 è stato un notevole passo avanti mezzo secolo fa, ma da allora le cose si sono evolute meglio.

Grazie per la tua risposta amico, lo aggiornerò dopo aver cambiato l'amplificatore operazionale.
I comparatori @Nihal hanno altre precauzioni.Sono circuiti ad alta velocità come parti logiche.È necessario disporre di cavi sufficientemente corti e condensatori di accoppiamento tra gli ingressi della tensione di alimentazione.Realizzare il circuito con fili lunghi 0,5 metri su una breadboard senza tappi di accoppiamento (ho visto quei tentativi) sarà inutile.
Ok amico, comprerò anche un comparatore e controllerò con esso.
Scott Seidman
2019-04-05 17:33:47 UTC
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Gli amplificatori operazionali sono suscettibili di latch-up.Il recupero dalla saturazione ai binari non è una cosa automatica.Le valutazioni che stai leggendo per l'amplificatore operazionale che funziona in modalità feedback, non in modalità loop aperto.Dovresti trovare un amplificatore operazionale progettato per ridurre al minimo il latch-up o, meglio ancora, quando hai bisogno di un comparatore, acquista un comparatore.

Sì, e / o [inversione di fase] (https://electronics.stackexchange.com/questions/161943/can-i-use-lm324-as-a-schmitt-trigger/161950#comment331918_161950), a seconda dell'operazionetipo di amplificatore.
analogsystemsrf
2019-04-05 20:59:06 UTC
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[modificato per funzionare su binari da + 9 / -6 volt] Puoi provare questo, se vuoi una soluzione discreta.Il ritardo, senza la resistenza di protezione dell'ingresso, dovrebbe essere di circa 20 nanosecondi.

schematic

simula questo circuito. Schema creato utilizzando CircuitLab

La velocità sarà limitata da Rin (10Kohm) e un effetto Miller minimo Cin (20pF?), quindi il ritardo di propagazione sarà di circa 0,2 us (200 nanosecondi).

Che cos'è?Un [trigger di Schmitt] (https://en.wikipedia.org/wiki/Schmitt_trigger)?
La coppia differenziale è polarizzata a VDD / 2.R8 fornisce un feedback positivo dell'1%, per ridurre il rischio di oscillazioni durante la regione lineare.Avviso ho incluso la protezione da sovratensione.
Autistic
2019-04-05 16:04:33 UTC
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La maggior parte degli amplificatori operazionali da giardino ha una compensazione interna sotto forma di un condensatore a chip.

Questo li rende molto lenti, ma più stabili nei circuiti analogici.

Perché non utilizzare un comparatore economico come LM393?

Grazie amico, funziona bene durante l'utilizzo del comparatore LM339.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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