Saya baru-baru ini membuat rangkaian generator gelombang segitiga menggunakan LM324 op amp. Tetapi output dari generator memiliki semacam lonjakan periodik di dalamnya. Namun saya bisa menekan paku dengan menurunkan resistor beban (<= 1Kohm, 680ohm benar-benar membunuh paku). Apa yang bisa menjadi alasan untuk itu? Dugaan pertama saya adalah bahwa mungkin ada kutub di suatu tempat di loop umpan balik karena impedansi parasit dan resistor beban yang lebih rendah telah dikompensasi untuk itu.

Saya mencoba sirkuit yang sama menggunakan op op TL084 yang memiliki input JFET. Kali ini paku tidak pernah ada bahkan ketika resistor beban tidak terhubung! Jadi jika ada kutub di loop umpan balik, maka paku seharusnya muncul di sirkuit ini juga. Saya bertanya-tanya apa yang bisa menjadi penyebab NYATA untuk paku dan bagaimana resistor beban membunuhnya? Saya sangat menghargai bantuan dari seseorang dengan pengalaman di bidang ini.

Catatan: Saya menggunakan papan tempat memotong roti untuk membuat sirkuit

Skema:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Bentuk gelombang (LM324)

Bentuk gelombang (TL084):

Ini adalah contoh yang bagus mengapa berbagai keterbatasan fisik op amp yang berbeda perlu dipertimbangkan.

Anda benar, itu bukan tiang. Sebenarnya, itu tidak ada hubungannya dengan sirkuit itu sendiri, atau parasitics tersembunyi atau semacamnya.

Ada petunjuk besar dan vital yang bersembunyi di depan mata. Paku terjadi dengan LM324. Mereka tidak menggunakan TL084. Ada jawaban Anda, di sana. Penyebabnya ada hubungannya dengan LM324 itu sendiri. Tapi apa yang dimiliki TL084 yang tidak dimiliki LM324?

Kecepatan.

Atau lebih khusus lagi, laju perubahan tegangan. Itu adalah berapa volt per mikrodetik (atau berapa pun waktu yang Anda inginkan) op amp dapat membunuh atau menggoyangkan outputnya, terlepas dari semua pertimbangan lainnya. Ini berbeda dari pergeseran fasa. Saya suka menganggap fase sebagai penundaan yang diperkenalkan, ini seperti waktu reaksi, tetapi op amp masih dapat dengan setia menciptakan kembali sinyal input pada outputnya (atau apa pun op amp yang dikonfigurasi untuk dilakukan), bahkan jika mungkin tidak cukup dengan input.

Slew rate bukan itu. Kecepatan perubahan kecepatan bukanlah kecepatan dalam hal waktu tunda atau waktu reaksi. Ini tentang seberapa cepat sinyal itu sendiri sebenarnya berubah. Jika sinyal input berubah sangat cepat sehingga menciptakan kembali sinyal yang diperkuat pada output akan melebihi laju perubahan tegangan op amp ... itu tidak akan berfungsi. Op amp tidak bisa bergerak secepat itu.

Apa yang Anda lihat dalam kasus khusus ini adalah beralih kebisingan dari gelombang persegi LM324 pertama. Lihatlah gelombang segitiga dan gelombang persegi pada osiloskop Anda, dan Anda akan melihat paku

Ada op amp yang dapat membunuh beberapa ribu volt per mikrodetik. Untuk op-amp yang sangat cepat dan licin ini ... yah, bisnis mereka bergerak-gerak. Dan bisnis itu baik.

Lalu ada op amp yang bahkan tidak bisa mengatur seluruh volt dalam mikrodetik. Op amp seperti LM324. Ini memiliki laju perubahan tegangan hanya 0,5V / μs. Terus terang, ini lebih lambat dari kemalasan pada ketamin.

Karena sangat lambat, di sirkuit Anda, itu tidak dapat bereaksi dengan cukup cepat.

Jelas seperti lumpur, kan? Biarkan saya memecahnya sedikit.

Waktu cerita!

Saya minta maaf sebelumnya, tetapi saya akan mempersonifikasikan op amp karena, terus terang, tidak ada yang mengatakan kepada saya untuk tidak melakukannya.

Mari kita abaikan LM324 yang menghasilkan gelombang persegi, itu tidak benar-benar pemain penting dalam fenomena ini. Cukup diingat bahwa LM324 pertama ada di sana untuk membuat gelombang sedekat mungkin dengan gelombang persegi, yang menggerakkan gelombang segitiga dari LM324 spikier kedua.

Sekarang, LM324 kedua kami dikonfigurasi sebagai filter low pass, yang juga dapat dilihat sebagai integrator.

Untuk bagian pertama dari gelombang persegi kami, itu rendah, di bawah tanah. Itu di wilayah dataran tinggi, dan integrator LM324 kami dengan senang hati mengisi kapasitor C1 hingga R3. Arus adalah konstanta Vin_low / R3, dan output op amp meningkat secara linear ketika kapasitor diisi. Inilah yang kami inginkan, inilah yang menghasilkan gelombang segitiga berbentuk bagus yang kami buat untuk diproduksi sirkuit.

Namun tiba-tiba, sesuatu bencana terjadi untuk op amp kecil kami yang malang. Input, dengan hampir tanpa peringatan, tiba-tiba bergeser dari Vin_low (sebut saja -1V) ke Vin_high, yaitu +1V! Masukan telah sepenuhnya membalik polaritas, dan cepat! Terlalu cepat untuk op amp seperti kura-kura ini untuk berharap bisa mengimbangi.

Slew rate pada dasarnya mengekspos resistansi keluaran non-nol op amp. Ini naik dengan frekuensi yang lebih tinggi, yang menghasilkan hilangnya keuntungan, sampai Anda benar-benar menuntut op amp membunuh secepat mungkin, dan sekarang outputnya bertindak seperti daerah linear resistif. Ia mencoba untuk memaksakan outputnya secepat yang dapat dikelola oleh transistor kecil.

Jadi apa yang kita miliki sekarang adalah semua yang dibebankan bahwa LM324 kami menghabiskan seluruh siklus rendah dari gelombang persegi mendorong ke kapasitor, dengan tegangan polaritas berlawanan baru terkesan pada kapasitor yang sama. Outputnya tidak berubah cukup cepat, jadi kami mendapatkan pulsa saat ini yang kembali melalui kapasitor ke input.

Anda dapat melihatnya sebagai pemalsuan 'ground' secara artifisial pada output, atau seperti halnya pulsa saat ini yang membuat input melampaui, dan menyebabkan output melonjak. Ini adalah masalah yang sangat khas pada integrator terbatas laju perubahan kecepatan seperti ini.

Sekarang, resistor beban tidak benar-benar menghilangkan lonjakan, tetapi begitu cukup rendah sehingga mendominasi arus apa pun yang biasanya perlu bergantung pada resistansi keluaran op amp (yang berada pada titik tertinggi ketika laju perubahan tegangan terbatas), kemudian besarnya lonjakan akan berkurang lebih jauh dan lebih baik sampai hilang. Dapat mengalir melalui resistor beban dan kurang dipengaruhi oleh impedansi keluaran / resistansi dari op amp.

TL084 bekerja tanpa resistor beban sama sekali karena impedansinya masih cukup rendah bahkan pada saat naik dan turunnya input gelombang 'kuadrat'. Dengan senang hati switcheroo gelombang persegi diberikan dengan tenang, sementara itu hanya membingungkan dan menakutkan LM324 yang buruk.

Kita dapat mengatakan ini adalah apa yang terjadi dengan melihat lokasi sebenarnya di mana paku terjadi. Lihat bagaimana mereka tidak sepenuhnya selaras dengan puncak dan lembah segitiga (yang juga merupakan titik persimpangan nol gelombang persegi)? Paku terjadi sedikit setelah itu. Saya mencium bau kapasitor.

Ya. Anda dapat mengkonfirmasi semua ini dengan mengukur arus melalui C1, kemudian mengamati bagaimana hal itu berdampak pada tegangan input tepat setelah R3. Hamparkan gelombang segitiga lonjakan Anda, dan saya yakin Anda akan dapat mengistirahatkan misteri ini secara empiris!

Saya melakukan yang terbaik untuk menjelaskan, tetapi itu tidak mudah. Untuk penjelasan lebih lanjut seperti buku teks, lihat "halaman" 6.180 Penguat Sinyal dari Walt Jung .

TLDR : Sloth lambat, terutama pada ketamin.