Question:
Amplificateur opérationnel comme comparateur à haute fréquence
Bud
2019-04-05 15:51:38 UTC
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J'essaie de générer un signal PWM sinusoïdal en utilisant des circuits analogiques. Je veux comparer mon onde sinusoïdale et mon onde triangulaire en utilisant un amplificateur opérationnel (LM741) qui a un temps de montée de 0,3 µs et une vitesse de balayage de 0,5 V / µs, ce qui fonctionnera théoriquement à 5 kHz. Mais je n'obtiens pas une bonne sortie PWM.

J'ai donc d'abord essayé de comparer l'onde sinusoïdale avec une tension de référence (2,2 volts). Amplitude de l'onde sinusoïdale = 2,5 volts (5 V crête à crête) et fréquence 100 Hz et 5 kHz.

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  • À basse fréquence (disons 100 Hz), la sortie est bonne
  • À haute fréquence (disons 5 kHz), la sortie est trop mauvaise.

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Wce sera le problème ...

Si la réponse est le problème du comparateur, mais que la vitesse de balayage est de 0,5 V / µs.

Calcul de la vitesse de balayage pour un signal sinusoïdal ...

Vitesse de balayage = Vm * 2pi * Fréquence 

  = 5 V * 2pi * 5000 Hz

     = 1570796 volts par seconde ou 0,15 V / µs

En théorie, la vitesse de balayage de 0,5 V / µs sera correcte pour un signal sinusoïdal de 5 kHz et 5 volts crête à crête. Mais dans mon cas, le signal est déformé.

Où me suis-je trompé?

Il semble qu'il y ait un décalage / retard significatif dans la réponse de la sortie par rapport à la réponse.le signal d'entrée (~ 30 µs?).Qu'est-ce qui peut en être la cause?Qu'est-ce qui est connecté à la sortie?«Sonde d'oscilloscope seulement?
[Pourquoi vous ne devriez pas utiliser le 741.] (https://electronics.stackexchange.com/questions/304521/reasons-not-to-use-a-741-op-amp/304522)
Pour 5Khz, je pensais que 741 serait ok, pour ce que j'ai calculé .Orelse sure que je vais changer l'ampli opp qui a un taux de balayage élevé et je vais le mettre à jour ....... @JRE
Oui, j'ai utilisé la sonde d'oscilloscope uniquement à la sortie.Je ne sais pas ce qui cause cette erreur ....... @Jimmy
Vous vous accrochez.
Notez que cette question concerne la théorie derrière les calculs.Dire à OP de changer son ampli OP ne répond en rien à la question.Cela résout simplement le problème sans que OP sache pourquoi.
Sinon, vous êtes au moins saturant et la récupération prend du temps.Un 741 est un mauvais comparateur et un OP-AMP sur rail entraîné à rail n'est pas capable de fonctionner selon des spécifications de conception de petit signal.Vous êtes également dans le bas de gamme pour la marge d'alimentation 741.
La vitesse de balayage d'une onde carrée est infinie.Ainsi, un ampli opérationnel limité à la vitesse de balayage ne produira pas d'onde carrée.Il émettra une onde «trapézoïdale», ce que vous voyez.La question que vous devriez vous poser est la suivante: la vitesse de balayage de votre trapèze correspond-elle aux spécifications?On dirait pas.C'est de loin trop lent.Mais je voulais juste souligner que votre calcul de fréquence n'est vraiment pas applicable lorsque la sortie attendue est une onde carrée.
Cinq réponses:
Michael Karas
2019-04-05 16:03:15 UTC
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Les recommandations pour vous sont très simples.

  1. Utilisez un comparateur pour cette application au lieu d'un opamp.

  2. Sélectionnez une pièce plus récente qui fonctionne avec un temps de réponse plus rapide d'un ordre de grandeur.

Ce serait la meilleure chose à faire si le 741 pouvait être éradiqué de la surface de la terre.

Voici ce qui peut être réalisé avec le vénérable LM393 à 5 kHz.Le circuit illustré fonctionnera même jusqu'à environ 50 kHz avant que le retard du LM393 ne commence à fausser le cycle de service PWM.

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Sûr ami, je changerai l'ampli opp ou en utilisant un comparateur, je mettrai à jour les données bientôt.
@Nihal - Si vous affichez de nouveaux résultats dans la question, ne supprimez pas votre matériel d'origine, ajoutez-le plutôt en tant que mise à jour à la fin.La raison en est que nous espérons que cette question pourra être une référence aux futurs lecteurs qui recherchent des informations dont il est question ici.Si vous supprimez le matériel original, les réponses ici n'auraient plus beaucoup de sens pour un futur lecteur.
"Ce serait la meilleure chose à faire si le 741 pouvait être éradiqué de la surface de la terre."ok - je vais mordre.quelles sont vos raisons?
@UKMonkey le 741 a été lancé pour la première fois en 1968. Et bien que ce soit un circuit intégré fantastique à l'époque, il existe des amplificateurs opérationnels largement supérieurs avec une tension de décalage d'entrée plus faible, une bande passante plus élevée, une impédance d'entrée plus élevée, etc.-amp "d'abord, puis passez immédiatement à l'un des amplis opérationnels les moins idéaux en pratique, et demandez-vous pourquoi leur conception ne fonctionne pas.
LM741 est peut-être encore dans les manuels ...
Je pense qu'il doit y avoir une hystérésis dans un circuit pratique (bien que, même alors, selon le type d'ampli opérationnel, [inversion de phase] (https://electronics.stackexchange.com/questions/161943/can-i-use-lm324-as-a-schmitt-trigger / 161950 # comment331918_161950) est une chose très réelle).Lorsque les deux entrées sont nominalement égales, tout bruit est amplifié par le gain en boucle ouverte, ce qui peut entraîner des oscillations rail à rail.Et / ou oscillations dues au retour de la sortie.
Peut-être introduire 100 µV de bruit aléatoire dans la simulation sur l'une des sources de signal.
Quel logiciel de simulation vous avez utilisé, c'est que la simulation contient plus de variétés d'amplis opp, transistor comme sage ..... @michael
@PeterMortensen - Oui, toute conception pratique voudrait inclure des commentaires autour du comparateur pour introduire l'hystersis.
@Nihal - J'utilise l'outil de simulation gratuit LTSpice.Il est livré avec de nombreux modèles pour les pièces Linear Tech et Analog Devices.Il a quelques transistors et diodes génériques et FET.Pour utiliser quelque chose comme un comparateur LM393, j'ai dû télécharger un modèle Spice pour la pièce de TI, puis le brancher sur LTSpice.(Notez la ligne .include sur le schéma).
@CurtisHx Vous constaterez également qu'un 741 DIP est très pauvre comme appât pour le saumon.
@MichaelKaras- Merci les amis, je vais utiliser celui-là pour faire plus de circuits analogiques.
Merci les amis cela fonctionne bien tout en utilisant le comparateur LM339.
user287001
2019-04-05 16:09:59 UTC
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Les amplificateurs opérationnels fonctionnent lentement avec de faibles tensions d'alimentation.De plus, ils sont conçus pour fonctionner en région linéaire.Comme saturée, comme dans votre application, la réponse a un temps mort imprévisible.avant que la saturation interne ne disparaisse.

Je ne peux que répéter ce qui a déjà été dit: obtenez un comparateur.741 était un pas en avant remarquable il y a un demi-siècle, mais les choses se sont mieux développées depuis.

Merci pour votre réponse ami, je le mettrai à jour après avoir changé l'ampli opérationnel.
Les comparateurs @Nihal ont d'autres précautions.Ce sont des circuits à grande vitesse comme des pièces logiques.Vous devez avoir des fils courts et des condensateurs de couplage acceptables entre les entrées de tension d'alimentation.Faire le circuit avec des fils de 0,5 mètre de long sur une planche à pain sans capuchons de couplage (j'ai vu ces tentatives) sera inutile.
Ok ami, je vais même acheter un comparateur et je vais vérifier avec.
Scott Seidman
2019-04-05 17:33:47 UTC
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Les amplificateurs opérationnels sont susceptibles d'être verrouillés.Récupérer de la saturation sur les rails n'est pas une chose automatique.Les notes que vous lisez pour l'ampli opérationnel fonctionnant en mode de rétroaction, pas en mode en boucle ouverte.Vous auriez besoin de trouver un ampli opérationnel conçu pour minimiser le verrouillage, ou mieux encore, lorsque vous avez besoin d'un comparateur, achetez un comparateur.

Oui, et / ou [inversion de phase] (https://electronics.stackexchange.com/questions/161943/can-i-use-lm324-as-a-schmitt-trigger/161950#comment331918_161950), selon l'op-type d'ampli.
analogsystemsrf
2019-04-05 20:59:06 UTC
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[modifié pour fonctionner sur des rails + 9 / -6 volts] Vous pouvez essayer ceci, si vous voulez une solution discrète.Le délai, sans résistance de protection d'entrée, doit être d'environ 20 nanosecondes.

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

La vitesse sera limitée par Rin (10Kohm) et un Miller Effect Cin minimal (20pF?), donc le délai de propagation sera d'environ 0,2 us (200 nanosecondes).

Qu'Est-ce que c'est?Un [déclencheur Schmitt] (https://en.wikipedia.org/wiki/Schmitt_trigger)?
La paire différentielle est polarisée à VDD / 2.R8 fournit une rétroaction positive de 1%, pour réduire le risque d'oscillation pendant la région linéaire.Remarquez que j'ai inclus une protection contre les surtensions.
Autistic
2019-04-05 16:04:33 UTC
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La plupart des amplificateurs opérationnels de jardin ont une compensation interne sous la forme d'un condensateur à puce.

Cela les rend très lents, mais plus stables dans les circuits analogiques.

Pourquoi ne pas utiliser un comparateur bon marché comme LM393?

Merci ami cela fonctionne bien tout en utilisant le comparateur LM339.


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Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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