La salida del amplificador operacional está recortada asimétricamente

¿Por qué la salida de un amplificador se recortaría asimétricamente?

Estoy construyendo un pequeño amplificador de auriculares con Texas Instruments TPA6100A2. He construido el circuito tal como en la Guía del usuario de la placa de evaluación TPA61002:

EVM TPA6100A2

El opamp está diseñado para un solo suministro, un solo uso. La única diferencia es que agregué capacitores electrolíticos de 100uF en ROUT y LOUT con resistencias de descarga de 20 Kohm en el lado de los auriculares.

Estoy alimentando el 6100 con un regulador de 3.3v y funciona muy bien y parece que satisfará mis necesidades. Agregaré que la hoja de datos hace referencia a la conducción de auriculares de 16 o 32 ohmios. Sin embargo, en mi caso, lo usaré para conducir un auricular de aviación con una impedancia de alrededor de 300 ohmios. Las pruebas con dichos auriculares son muy prometedoras.

A continuación, hay dos capturas de pantalla de la salida del amplificador (traza amarilla) alimentada con una onda sinusoidal de 500 Hz desde un teléfono celular (traza azul).

Notaré que en el nivel de salida en la imagen superior con mis auriculares, el volumen es demasiado alto. Con el nivel de escucha no hay recorte (al menos para mi uso), lo que significa que no espero pasar ningún tiempo en esta región del dominio de rendimiento.

Solo para descubrir dónde están los límites, lo empujé a toda marcha (imagen inferior).

Por lo tanto, no es de riel a riel (lo sabía), pero se acerca bastante a los 3.3v completos en el suministro (no se muestra, pero el osciloscopio mostraba 3 voltios como amplitud). Todavía está claro que la onda se recorta de manera asimétrica.

Capturas de pantalla del osciloscopio

¿Por qué sería esto? Revisé dos veces el cableado y la configuración, todo parece correcto según el esquema mencionado anteriormente. ¿Es posible que tenga un opamp defectuoso? Desafortunadamente no tengo otro a la mano para comparar.

Agregar información: la hoja de datos proporciona esta información:

"Para obtener la oscilación máxima de la señal y la potencia de salida con voltajes de suministro bajos, como 1,6 V a 3,3 V, BYPASS está polarizado a V DD /4. Sin embargo, para permitir que la salida esté polarizada a V DD /2, una resistencia, R, igual a RF debe colocarse desde la entrada negativa a tierra" .

Además, esta configuración está en una placa de prueba con cables de puente y resistencias y condensadores de orificio pasante del 5%, no como el EVM con sus elegantes componentes SMD del 1%.

El rastro amarillo significa que la punta de la sonda está en Rout y el clip gnd en GND, ¿verdad? Solo curiosidad: ¿todos los terrenos son iguales? Quiero decir, tierra/negativo de la fuente de alimentación, tierra del teléfono celular (¿estaba conectado a un cargador o estaba en la batería?) y tierra del alcance.
¿Puede oscilar el amplificador a la misma distancia del punto medio en cualquier dirección a ese voltaje con esa carga ? No todos los amplificadores pueden producir una salida de riel a riel en todas las condiciones nominales, algunos no pueden llegar al riel positivo mientras que otros no pueden llegar al riel negativo (aunque eso es menos común). ¿Qué dice la hoja de datos para sus condiciones de funcionamiento (o algo parecido)? Puede ser una limitación en el rango de la señal de entrada , hay algunos amplificadores con salidas de riel a riel que no pueden manejar entradas de riel a riel.
@SredniVashtar: Tienes razón, debería haber agregado esos detalles. El celular estaba con batería. Todos los terrenos (regulador, auriculares, sondas de alcance opamp, común de audio del teléfono celular) unidos.
@Tom: No estoy seguro de cómo verificar eso, la hoja de datos es sorprendentemente escasa en detalles de rendimiento.
La hoja de datos dice que "el TPA6100A2D polariza el BYPASS a VDD/4" y que "para permitir que la salida se polarice a VDD/2", necesita una resistencia = a Rf desde la entrada negativa a tierra, pero parece que usted ya tengo eso. De lo contrario, como sugirió Adam, parece un problema de polarización (especialmente si solo obtiene una polarización de 1 V en lugar del punto medio de 1,6 V que debería obtener a 3,3 V)
@Tom: Ya veo lo que quieres decir. Creo que Adam está en el camino correcto y me he ocupado de hacer coincidir los valores de R8 con R6 y R3 con R7. No estoy seguro de qué más podría causar que se desvíe a un desplazamiento, la única otra cosa que parece controlar eso es el condensador de derivación C3. Estoy usando el valor mencionado en el esquema, pero jugaré con otros para ver si hace alguna diferencia.

Respuestas (2)

Primero, gracias por la pregunta bien escrita.

Según las capturas de su alcance, sospecho que la polarización del riel medio no funciona correctamente. Debería poder verificar el voltaje de polarización de salida haciendo un cortocircuito entre Vo1 e IN- y luego midiendo el voltaje en Vo1. (Apague su onda sinusoidal de entrada primero, obviamente). Debería ver alrededor de 1.6V. Si es más como 0.8V, verifique R3 y R6. También debe verificar que sus condensadores electrolíticos estén conectados de la manera correcta.

Acorté Vo1 e IN1- con un puente, pero eso hizo que el TPA se enojara mucho. Comenzó a oscilar a una frecuencia MUY alta. Todo lo que hice fue colocar el puente, ¿debería haber desconectado algo más? En la configuración actual sin ninguna entrada, la polarización en Vo1 es ~400mV sin R3 y ~1V con R3. Coloqué información adicional de la hoja de datos en la parte inferior de la pregunta anterior en caso de que esto agregue información valiosa.
Hmm... ¿Quizás no es estable de ganancia unitaria? Parece que pudiste hacerlo funcionar. Es extraño que aumentar la capacitancia de derivación ayudaría; de acuerdo con la hoja de datos, generan la polarización del riel medio con un divisor resistivo. La tapa debe reducir el ruido, no cambiar el voltaje.
No pensé en jugar con la tapa inicialmente porque pensé lo mismo.

Así que creo que Adam Haun estaba en el camino correcto y el voltaje de salida de polarización que no estaba en VDD / 2 estaba causando que la parte inferior se desplazara hacia arriba y cortara la onda. Probé con otros valores de condensador para C3 y aumentar la capacitancia pareció cambiar el sesgo hacia el centro. Al final, un electrolítico de 10 uF en C3 produjo una polarización de 1,54 voltios. Como resultado, la simetría de la onda se restauró casi igual y la potencia de salida antes de la saturación se incrementó ya que la parte negativa de la onda no se recortó demasiado pronto:

Mejor simetría

En este punto, creo que podría seguir ajustando C3 para cambiar el sesgo y aumentar la simetría, pero está lo suficientemente cerca para mis necesidades. ¡Gracias a todos por su tiempo y comentarios!

Si también desea abordar el recorte en el nivel máximo de la unidad, intente cambiar R7 y R8 por resistencias de menor valor.
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