Powód krótkiego wzrostu mocy wzmacniacza operacyjnego przy przekraczaniu 0V?

11

Czy ktoś rozpoznaje ten skok na wyjściu wzmacniacza operacyjnego, gdy sygnał przekroczy 0 V? Skacze w górę podczas przechodzenia w górę i w dół podczas przechodzenia w dół. W jednym z filmów EEVBlog Dave wskazał na coś dokładnie takiego na oscyloskopie i powiedział (na marginesie), że może się to zdarzyć przy użyciu rezystora sprzężenia zwrotnego 10k lub czegoś podobnego. Ale nie pamiętam, który to film. To jest wynik TL071 (w rzeczywistości 1/4 TL074). Jest zasilany z wyjścia 2 innych TL071 przez rezystory 2,2k, a sprzężenie zwrotne ma potencjometr 10k.

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Skok przy 0 V.

Aktualizacja 10 marca

Jak wspomniano w komentarzach poniżej, obwód składa się z procesora ATmega328P napędzającego 8 linii do przetwornika DAC R2R. Wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego i napięcie polaryzacji prądu stałego przeznaczone do centrowania wyjścia przetwornika cyfrowo-analogowego przy zasilaniu 0 V w odwracalny wzmacniacz operacyjny TL071. Wyjście tego wzmacniacza operacyjnego to „OA2OUT” na powyższym schemacie.

schematyczny

zasymuluj ten obwód

Wyjście sieciowe R2R ma impedancję 10k, reprezentowaną przez R4. R1 i R2 dają napięcie przesunięte i mają impedancję równoległą 9,5 k, co jest dość bliskie 10 k. Rezystor sprzężenia zwrotnego R3 ma również wartość 10k. Myślę więc, że ten obwód sumuje i odwraca R2R i kompensuje napięcia.

Kiedy sprawdzam wyjście sieci R2R w punkcie R2ROUT, nie widzę piku.

Bez kolca

Kiedy sprawdzam moc wyjściową wzmacniacza operacyjnego w VOUT, widzę skok.

Kolec

Próbowałem kilku innych rzeczy. Próbowałem zastąpić rezystor sprzężenia zwrotnego 10k rezystorem 2,2k, tylko dlatego, że leżał i ponieważ pamiętam, że Dave wspomniał coś o rezystorze 10k w filmie EEVBlog. To pogorszyło skok.

Większy skok

Potem próbowałem zastąpić wzmacniacz operacyjny TL074 wzmacniaczem operacyjnym LM6144. Korzystałem z tego obwodu, aby wypróbować różne wzmacniacze operacyjne i próbować zrozumieć, co sprawia, że ​​są one różne, więc wiem, że obwód działa (w pewnym sensie) z nimi wszystkimi. Tym razem dostaję szczytów przy każdym przejściu.

Kolce Lotsy

W końcu wypróbowałem TLV2374, co jest fantastyczne, ale nadal widzę skok. Jest mniejszy, ale wciąż tam jest.

Ostatni skok

Wciąż próbuję to rozgryźć. Dziękujemy wszystkim za pomoc do tej pory!

Aktualizacja 13 marca

Próbowałem zmierzyć wyjście R2R z obciążeniem R / 10 (1k) zgodnie z komentarzem @WhatRoughBeast poniżej. Teraz widzę skok! Wydaje się również dużo głośniejszy ... co zauważyłem wcześniej i próbowałem naprawić kondensatorami 10uF na szynach zasilania i wirtualnej ziemi. „Pracował” w tym sensie, że redukował hałas, ale wprowadził także oscylację / dzwonienie, o których wspomniałem, gdy próbowałem zainstalować małą nasadkę, aby wygładzić wyjście DAC. Wszystkie te rzeczy są oczywiście powiązane, ale nie jestem pewien, jak to zrobić.

Kolec i hałas

Nawiasem mówiąc, wcześniej wypróbowałem rezystor 100 omów sugerowany przez Briana Drummonda, ale wynikowy sygnał był tak rozmazany i głośny, że nie mogłem powiedzieć, co się dzieje.

Więc co tu jest na wynos? Problemem jest oczywiście zachowanie MSB zidentyfikowane przez @WhatRoughBeast. Wydaje się, że i hałas pogarszają się wraz ze wzrostem prądu w sieci R2R. Pomyślałem, dobra, buforuj sygnał R2R przez nieodwracający wzmacniacz operacyjny, zanim zrobię z nim cokolwiek innego, ale kiedy to robię, widzę również skok. Czy jest to jedyne rozwiązanie, aby je odfiltrować i nie martwić się o to?

Willis Blackburn
źródło
Może nazwa efektu, którego szukasz, to zniekształcenie krzyżowe .
rura
1
Chociaż źródłem sygnału jest oczywiście przetwornik cyfrowo-analogowy R-2R, pytanie naprawdę powinno o tym wspomnieć. (NIE jest to zniekształcenie zwrotnicy) Przetestuj, uruchamiając przetwornik cyfrowo-analogowy w rezystorze o niskiej wartości (100R) zamiast wirtualnego wejścia uziemienia w opampie. Prawdopodobnie nie będzie tak liniowy, ale zobaczysz ten sam krok.
Brian Drummond,
Dzięki @Brian Drummond. Nie wspomniałem o R2R, ponieważ pamiętałem wideo EEVBlog i byłem pewien, że to problem ze wzmacniaczem operacyjnym. Starając się skupić na pytaniu, ale w tym przypadku więcej informacji byłoby lepszych.
Willis Blackburn,
Za pomocą zaktualizowanego schematu należy pamiętać, że punkt „R2R” jest wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego i będzie utrzymywany przy stałym napięciu. Więc w tym momencie nie powinieneś nic widzieć. Spróbuj wbić rezystor R / 10 do masy.
WhatRoughBeast
Odłączyłem wzmacniacz operacyjny przed zrobieniem zrzutów ekranu z 10 marca.
Willis Blackburn,

Odpowiedzi:

21

To, co widzisz, to niedopasowanie czasu włączania / wyłączania msb w porównaniu z innymi bitami.

Udawaj przez chwilę, że jest to 8-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy, siedzący pod kodem 01111111. Jeśli następny kod to 1000000, dostaniesz dobrze zachowany krok. Ale dzieje się tak, że wewnętrznie msb reaguje nieco szybciej niż inne bity. Oznacza to, że przejście w rzeczywistości wynosi od 0111111 do 1111111 do 10000000. Kod 11111111 utrzymuje się tylko przez bardzo krótki czas, ale gdy już tam jest, wyjście próbuje przejść do pełnej skali. Ponieważ czas niedopasowania (zwany bitem skośnym) trwa tylko bardzo krótko, po prostu dostajesz stosunkowo niewielki puls (powszechnie nazywany usterką). Ten efekt jest właściwie dość ważny w przetwornikach DAC wideo, ponieważ oko jest bardzo wrażliwe na tego typu rzeczy, a ważną cechą przetworników DAC wideo jest całkowita energia usterki.

WhatRoughBeast
źródło
Przepraszam, zaznaczyłem cię dobrze, ale potem odznaczyłem, ponieważ nie mogę jeszcze potwierdzić, że tak jest. Zanim przejdzie do wzmacniacza operacyjnego, muszę sprawdzić, czy usterka występuje na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego. Ma to jednak sens.
Willis Blackburn,
Czy może to być spowodowane tym, że DAC jest w rzeczywistości 8-bitową siecią R2R, a MSB jest fizycznie najbliżej wyjścia? Może reszta obwodu ma pewną pojemność, a więc część sygnału 01111111 pozostaje, gdy wejścia przełączają się na 10000000?
Willis Blackburn,
@WillisBlackburn - istnieje wiele możliwości. Fakt, że rozmiar kroku jest większy dla kroku z usterką, z pewnością wskazuje, że jest coś innego w napędzie msb. Biorąc jednak pod uwagę względnie długą bazę czasową (20 usec / div) sprawia, że ​​problem z umieszczeniem, o który się martwisz, jest mało prawdopodobny. Usterka wydaje się mieć szerokość w zakresie od 10 do 100 s nsec, a to zbyt wiele, aby wyjaśnić ją opóźnieniami umieszczania. Błądząca pojemność? Nie można powiedzieć bez schematu przetwornika.
WhatRoughBeast
1
@WhatRoughBeast Zastanawiam się, jak dostałeś się do tej odpowiedzi, biorąc pod uwagę, że pytanie tak naprawdę nie wspomina o przetworniku cyfrowo-analogowym (o ile wiem). Wyraźnie istnieje DAC zgodnie z ustaleniami OP, a odpowiedź wygląda poprawnie, ale czy masz kryształową kulę czy coś takiego?
abligh 10.03.16
1
To napęd równoległy. Porty od D0 do D7 na ATmega328P są bezpośrednio podłączone do wejść sieci R2R. Użyłem portu D, ponieważ jest to jedyny port z 8 bitami, który można ustawić za pomocą jednej instrukcji. (Port C ma bit 6 zajęty przez pin resetujący i nie ma bitu 7, podczas gdy bity 6-7 portu B są zajęte przez zewnętrzny kryształ, i oczywiście nie ma portu A.) Jestem więc pewien, że wszystkie przełączniki są ustawiane jednocześnie w granicach możliwości mikrokontrolerów. Dziś wieczorem zobaczę, czy usterka pojawi się na wyjściu R2R.
Willis Blackburn,
0

Wygląda na to, że widzisz problem z OpAmps, jak pokazały twoje eksperymenty. Spróbuj ustawić rezystor szeregowo z wejściem odwracającym OpAmp (tj. Między wspólnym węzłem R1 / R2 / R3 / R4 a wejściem odwracającym. Użyj 10k lub więcej, aby rozpocząć. Możesz dodać kolejny do wejścia nieodwracającego jeśli zależy ci na przesunięciu na wyjściu.

Anonimowy Folk
źródło