Diseño de un oscilador de relajación usando TL074

He estado tratando de diseñar un oscilador de relajación usando un amplificador operacional TL074:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Para un amplificador operacional ideal, esto debería producir una onda cuadrada con frecuencia

F = 1 2 en ⁡ ( 3 ) 100 ⋅ 10 − 12 ⋅ 200000 ≈ 22.7 k H z

Cuando ejecuto esto en LTspice usando el modelo de especias de TI, obtengo una onda cuadrada con una frecuencia de 20,5 kHz.

Mi pregunta es, ¿cómo me acerco a elegir los valores correctos de condensador/resistencia teniendo en cuenta las características del mundo real de TL074 de modo que el circuito alcance una frecuencia de 22 kHz?

¿Qué tan precisos son los valores de su resistencia y capacitor, por cierto?
No sé si LTspice tiene un modelo correcto del TL074. Si no es así, observe la oscilación de voltaje máxima que puede producir el chip.
Supongo que la frecuencia más baja se debe a la falta de simetría del voltaje de salida. Este problema se puede evitar conectando R2 a tierra a través de una tapa grande (sensación visceral: 10 μF)
@MichaelKarcher Esto es interesante. ¿Cuál es la razón detrás de la asimetría del voltaje de salida y cómo ayuda el capacitor a equilibrarlo?
La hoja de datos del TL074 muestra una etapa intermedia simétrica, pero la etapa amplificadora de precisión es asimétrica. Esto puede causar que el voltaje máximo de salida positivo sea diferente en magnitud del voltaje máximo de salida negativo. La fórmula de tiempo que proporcionó solo es exacta si R2 está conectado al voltaje de salida promedio. Un capacitor se cargaría lentamente a ese voltaje promedio. Pero sobrestimé enormemente el efecto de la asimetría potencial, vea mis comentarios sobre la respuesta.

Respuestas (1)

Un opamp ideal cambia la salida en tiempo cero, el TL074 tarda un tiempo finito en cambiar, y este tiempo adicional se agrega al período, lo que da como resultado una frecuencia de salida más baja.

Desafortunadamente, el amplificador no especifica una velocidad de giro exacta, solo una típica, por lo que cualquier corrección para este efecto no será exacta. Pero una corrección nominal será mejor que nada.

Podría mejorar un poco la velocidad de giro aumentando la sobremarcha de entrada colocando un pequeño condensador en paralelo con R3, esa resistencia de 100k cargará el terminal de entrada con bastante lentitud, desperdiciando otra fracción de EE.UU. Querría una constante de tiempo de solo unos pocos uS con 100k, solo 10pF más o menos, ya que debería haberse establecido al final del medio ciclo para que el nivel de CC sea correcto para activar el otro medio ciclo.

Un opamp ideal también cambia de riel a riel, donde el TL074 no lo hace. Esto no importa, ya que el voltaje de salida controla tanto la constante de tiempo RC como el voltaje de comparación R2/R3, por lo que el voltaje de salida exacto se cancela.

¡Por supuesto! ¡Olvidé tener en cuenta la velocidad de respuesta! Gracias por la información.
La cancelación de la oscilación limitada solo funciona si la salida negativa y positiva tienen la misma magnitud. Tome el caso extremo de +3V/0V como ejemplo exagerado. La descarga nunca se completaría.
@MichaelKarcher Me inclino a tratar su contribución con seriedad, ya que este sitio está lleno de novatos que intentan ejecutar 741 en un riel de 5v, que tendrán sus salidas haciendo exactamente lo que usted dice. Sin embargo, creo que podemos estar de acuerdo en que un tl074 con un riel de 12v que no supera el riel medio es un tl074 roto o en cortocircuito.
@Neil_UK, por supuesto, un TL074 a +/- 6V puede estar por debajo de 0V. Por eso dije que el ejemplo es exagerado. El efecto de que la mitad del ciclo se ralentiza y la otra mitad se acelera, siendo la ralentización mayor en magnitud que la aceleración ya ocurre con asimetrías más bajas, como +4.5/-4.0 V. El ciclo positivo de -2 a +2,25 a 4,5 V toma yo norte ( 2.889 ) R C ps , t h mi norte mi gramo a t i v mi C y C yo mi t a k mi s ps yo norte ( 3.125 ) R C ps . T h mi mi F F mi C t i s i norte F a C t a norte i norte C r mi a s mi o F t h mi pag mi r i o d , b tu t I o v mi r mi s t i metro a t mi d t h mi mi F F mi C t : T h mi s mi v a yo tu mi s j tu s t C a tu s mi a 0.1%\$ desaceleración.
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