¿Arrancando un opamp para oscilar?

He estado construyendo muchas variaciones diferentes de osciladores de amplificadores operacionales, pero me he encontrado con un problema recurrente que se ha manifestado nuevamente en este esquema de VCO:ingrese la descripción de la imagen aquí

Encuentro que cuando enciendo mi fuente de alimentación obtengo una salida de forma de onda durante aproximadamente medio segundo y luego se corta instantáneamente. Usé un potenciómetro como divisor de voltaje y parece funcionar. (Encendiendo y apagando el suministro y escuchando el tono de la ola). Ejecuto los diversos circuitos desde un suministro de +/- 12V con una tercera conexión a tierra y he intentado usar opamps TL072 y TL082 pero fue en vano.

El problema: cuando construyo circuitos osciladores de amplificadores operacionales (aparte de los osciladores de disparador Schmitt que funcionan perfectamente cada vez) descubro que necesitan ser "arrancados" para comenzar a oscilar, constantemente encuentro problemas en los que subo la frecuencia demasiado alta de forma permanente " apaga el oscilador", el oscilador baja lentamente de tono solo para dejar de emitir por completo y los problemas antes mencionados.

La pregunta: ¿Existe un vínculo/problema común con los circuitos de amplificadores operacionales que causen estos problemas? Cuando se simulan, todos los circuitos emiten la forma de onda correcta, pero parecen completamente inoperables cuando se construyen realmente. ¿Por qué un oscilador de amplificador operacional de disparador Schmitt funciona perfectamente cada vez que otros no lo hacen? ¿En qué se basan otros osciladores (por ejemplo, un oscilador triangular/sierra) que no depende de un oscilador de relajación de onda cuadrada simple?

Respuestas (3)

Tu principal problema es el NPN Vce(sat) . Aunque esto estará cerca de 0V si el control V está más cerca de 0, la frecuencia cae y se detiene

Este tema se ha discutido muchas veces en este foro, pero ofrezco nuevas mejoras. Asuntos:ingrese la descripción de la imagen aquí

Suministro único

Vout debe ser <<0.5V a NPN; de lo contrario, agregue 1K a través de Vbe o use cualquier NFET.

El nivel de la señal se puede aumentar reduciendo la relación de retroalimentación positiva de 2:1 a 1:10

  • por ejemplo, Rf/Rin+=1M:100k con 1M a Vcc/2 o 2M pullup y 2M pulldown.
    Esto produce una oscilación de 10 V en un solo suministro de 15 V centrado en Vcc/2.

Suministro dividido.

Vout no debe exceder Reverse Vbe max de -5V. Es mejor usar un NFET aquí.

  • cambie +5V Vref a 0V para simetría

Ambas configuraciones anteriores

  • Vcontrol en todos los casos usando Vbe ref to gnd se convierte en Vcc*2 menos headroom o Vcm max.

  • Si el voltaje de control = 0V, dejará de oscilar, lo cual no es difícil de evitar, examine el voltaje de compensación de entrada.

  • use cualquier NFET en lugar de un NPN

  • Victor plantea un buen punto con los diodos de entrada, pero las resistencias de entrada Vin+ limitan la corriente de entrada, por lo que está bien para LM358, porque estamos operando con una ganancia de 0 al recortar como comparador. De lo contrario, las entradas diferenciales CMOS OpAmps se pueden mantener al mínimo con las entradas R de la serie 100k coincidentes y agregando diodos de protección.

  • Agregar una serie 100K para equilibrar la entrada Z y el voltaje de compensación para una mejor simetría de la corriente de polarización de entrada.

Esto funciona, pero ahora tengo otro problema, la salida del triángulo es de muy baja frecuencia. Encuentro que pasarlo por un condensador lo hace más alto o más bajo según el valor. También noté que (tengo dos capacitores entre el voltaje +/- y tierra) cuando cambio los valores del capacitor de potencia, lo altera. ¿Qué configuración necesita para garantizar el mismo rango de frecuencia para cada salida de onda?
@NBoss aumentar la amplitud con 1M a Vref no es esencial, solo deshacer, pero el producto 1/RC es proporcional a f
El desacoplamiento de las tapas a V+,V- no debería tener efecto a menos que hubiera una ondulación de CC. El rango de control f es exponencialmente bajo f cerca del rango 0, así que considere el NPN como un control de silenciamiento o límite V de 0.1 a 2*Vcc-2V
tinyurl.com/ycm3f5lt aquí +/-5V con 100k 5nF obtiene 750Hz a 15 Hz a 5 a 0.1V pero la integración de 0.1 a 0 V llega a frecuencias muy bajas. limitado sólo por la deriva y el desplazamiento. entonces, con NPN se corta, pero un MOSFET solo está limitado por las compensaciones de entrada reales y el ruido en el suministro. Dado que la integral de 0V es 0 frecuencia en teoría. ¿alguna pregunta?
EE Rocketscience está sucediendo algo MUY extraño, encuentro que cuando conecto el riel de salida a mi osciloscopio es una onda triangular perfecta y tiene un rango de frecuencia muy amplio al igual que la onda cuadrada. Sin embargo, cuando se conecta a un altavoz, suena como una frecuencia uniforme puesta a través de un VCF (es decir, la perilla controla el corte, no la frecuencia), incluso cuando desvío el capacitor, tiene el mismo efecto. ¿Cómo es posible que los altavoces y los auriculares estén distorsionando la señal?
Los amplificadores operacionales no pueden impulsar los altavoces a menos que se vuelvan a almacenar en búfer con seguidores emisores complementarios o emisión Darlington. seguidores y circuito de retroalimentación
¡Ah, sí! Lo puse a través de un seguidor de voltaje y funciona ahora, la onda suena un poco apagada, ¿necesito poner un filtro RC en el circuito de amortiguación?
un amplificador de audio también podría ayudar a generar más corriente

La mayoría de los amplificadores operacionales no están destinados a usarse como comparadores porque muchos tienen 'diodos de abrazadera' que se usan para protección en sus etapas de entrada, lo que puede convertirse en un problema en este caso de uso, hay algunas excepciones como LM358 y el siempre popular ua741 , mientras que Op Los amplificadores como TL072 los tienen ( se puede decir que su hoja de datos especifica la corriente de abrazadera ), pero tenga en cuenta que los fabricantes no siempre especifican esto.

                  Abrazaderas de diodo de entrada en amplificadores operacionales

También puede pensar en un Schmitt-Trigger como un 'Circuito OpAmp especializado' que, entre otras cosas, no tendría 'Diodos de abrazadera' en la entrada. Puede consultar una de mis otras respuestas donde entro en muchos más detalles sobre cómo se diseña el Schmitt-Trigger usando un OpAmp .

                              ingrese la descripción de la imagen aquí

Otra cosa a tener en cuenta es que los osciladores dependen de una 'Ganancia de bucle cerrado' del sistema, y ​​mientras que un OpAmp ideal tiene una 'Ganancia de bucle cerrado' constante hasta el infinito, los amplificadores operacionales reales no la tienen porque están limitados por el 'Lazo abierto'. Ganando , podría ser el caso de que esté utilizando un OpAmp ideal en sus simulaciones, o el modelo podría o no ser completamente preciso.

  Oscilaciones

Finalmente, es probable que a medida que aumenta la frecuencia, la 'Ganancia de bucle cerrado' se vuelve menos de uno, momento en el que tendrá un "Oscilador húmedo" , lo que hará que la oscilación se apague eventualmente.

                      Osciladores amortiguados

Si quieres más detalles:

El TL072 como amplificador de entrada JFET no tiene diodos consecutivos en las entradas. Por lo general , son amplificadores operacionales bipolares , por ejemplo. LM308A usando transistores super-beta. Los amplificadores operacionales CMOS y la mayoría de los demás se sujetan a uno o más de los rieles de suministro, pero no a través de las entradas. Incluso si lo hicieran, ese circuito en particular seguiría funcionando correctamente (si ese fuera el único problema, que no lo es). La corriente de sujeción de -50 mA es si permite que la entrada caiga por debajo del riel de suministro negativo. Muchos amplificadores operacionales con diodos consecutivos tienen resistencias internas que permiten un gran voltaje diferencial, pero flujos de corriente significativos.
"Los amplificadores JFET y CMOS que funcionan con un voltaje más alto (más de 20 V, más o menos) pueden o no tener abrazaderas. Es una propuesta dudosa que requiere más verificación. Las características del proceso y los transistores particulares utilizados determinan si las abrazaderas están presentes internamente. ." Fuente: e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2012/03/14/…
El TL071/72 no tiene tales abrazaderas. La clasificación de voltaje de entrada diferencial es +/-30V. En general, tiene razón al señalar estas precauciones sobre el uso del comparador, sin embargo, otra razón por la cual la sustitución de los amplificadores operacionales no debe hacerse a la ligera. Esto puede ser particularmente cierto al usar circuitos de ejemplo de notas de aplicación y hojas de datos que tienden a usar características del producto en particular que pueden distinguirlo de otros productos de la competencia.
Aunque es válido para los osciladores "criterios de Barkhausen", este no lo es. Es un oscilador de relajación basado en histéresis y retroalimentación negativa de integración. Por lo tanto, el análisis de Barkhausen no aplica ni la estabilidad de ganancia de bucle. El problema es que el voltaje de control es inferior a Vce (Sat) 30 mV más o menos, el desplazamiento de entrada o el Vref incorrecto contribuyen a la asimetría. Muy buena información pero no relevante. excepto para los tipos JFET fuera del rango de entrada diferencial

Ese circuito en particular debería estar completamente libre de problemas, en simulación o en la vida real. Es solo un integrador y un disparador Schmitt.

Sin embargo, parece que ha sustituido un amplificador operacional diferente, uno que no es de "suministro único". Dependiendo de la oscilación de salida y el rango de modo común de entrada, fácilmente podría no ser confiable.

También necesita el V+/2, que se puede crear dividiendo los 51K en un divisor de dos resistencias de 100K.

Creo que sus problemas de la vida real son la ondulación del suministro, Vce (sat) y no debe usarse cerca de Vcntrl <0.05V, ya que esta es la limitación del diseño para el uso de muy baja frecuencia y puede no ser deseable. Los cambios de frecuencia de rango grueso deben ser con integración Cap. Para un suministro dividido, V+/2 ref debe estar conectado a tierra. Este ejemplo de aplicación de libro de texto fue diseñado para un solo suministro.
@TonyEErocketscientist Puede bajar a unos 10-15 mV con ese circuito. Reemplace el BJT con un 2N7002 y podrá bajar aún más. Pero está viendo que deja de funcionar y esta es la única explicación plausible: probablemente el transistor no se está apagando por completo o algo por el estilo con un amplificador operacional de suministro no único. No es un libro de texto, por cierto, está sacado directamente de la hoja de datos de National Semiconductor para el LM324, que tiene una gran cantidad de aplicaciones útiles. Aquí está con el nombre de su nuevo propietario en la parte superior (figura 33).
Leí todos los libros de datos de NSC y todas las notas de la aplicación a finales de los 70 del libro de bolsillo. En la práctica, el rango de VCO de 100:1 es adecuado. En teoría, solo mi compensación y ruido limitados 15V/100=Vc=0.15V deberían ser adecuados para Vmin. Entonces, 10 mV lo lleva a un rango de clics de audio sub-útil
¿Arrancando un opamp para oscilar?
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