Este es un gran ejemplo de por qué se deben considerar las diversas limitaciones físicas de los diferentes amplificadores operacionales.

Tienes razón, no es un poste. De hecho, no tiene nada que ver con el circuito en sí, ni con parásitos ocultos ni nada por el estilo.

Hay una pista enorme y vital escondida a simple vista. Los picos ocurren con el LM324. No lo hacen con el TL084. Ahí está tu respuesta, justo ahí. La causa tiene algo que ver con el propio LM324. Pero, ¿qué tiene el TL084 que no tenga el LM324?

Velocidad.

O más específicamente, la velocidad de giro. Esa es la cantidad de voltios por microsegundo (o la medida de tiempo que prefiera) que el amplificador operacional puede girar o mover su salida, independientemente de todas las demás consideraciones. Esto es distinto del cambio de fase. Me gusta pensar en la fase como un retraso que se introduce, es algo así como el tiempo de reacción, pero el amplificador operacional aún puede recrear fielmente la señal de entrada en su salida (o lo que sea que esté configurado para hacer el amplificador operacional), incluso si es posible que no esté del todo en fase con la entrada.

La velocidad de respuesta no es eso. La velocidad de giro no es velocidad en términos de retraso o tiempo de reacción. Se trata de qué tan rápido está cambiando la señal en sí misma. Si la señal de entrada cambia tan rápido que recrear la señal amplificada en la salida excedería la velocidad de respuesta de ese amplificador operacional... no va a funcionar. El amplificador operacional simplemente no puede moverse tan rápido.

Lo que está viendo en este caso específico es cambiar el ruido de la onda cuadrada del primer LM324. Mire la onda triangular así como la onda cuadrada en su osciloscopio, y debería ver los picos.

Hay amplificadores operacionales que pueden generar varios miles de voltios por microsegundo. Para estos amplificadores operacionales muy rápidos y hábiles... bueno, su negocio se está moviendo. Y el negocio es bueno.

Luego están los amplificadores operacionales que ni siquiera pueden administrar un voltio completo en un microsegundo. Amplificadores operacionales como el LM324. Tiene una velocidad de respuesta de solo 0,5 V/µs. Para decirlo sin rodeos, es más lento que un perezoso con ketamina.

Debido a que es tan lento, en su circuito, no puede reaccionar lo suficientemente rápido.

Claro como el barro, ¿verdad? Déjame desglosarlo un poco.

¡Tiempo de cuentos!

Me disculpo de antemano, pero personificaré los amplificadores operacionales porque, francamente, nadie me dijo que no lo hiciera.

Ignoremos el LM324 que genera la onda cuadrada, en realidad no es un jugador importante en este fenómeno. Es suficiente simplemente tener en cuenta que el primer LM324 está ahí para crear una onda lo más parecida posible a una cuadrada, lo que impulsa la onda triangular del segundo LM324 más puntiagudo.

Ahora, nuestro segundo LM324 está configurado como un filtro de paso bajo, que también puede verse como un integrador.

La primera parte de nuestra onda cuadrada es baja, subterránea. Está en la región de la meseta, y nuestro integrador LM324 está felizmente cargando el capacitor C1 a R3. La corriente es una Vin_low/R3 constante, y la salida del amplificador operacional aumenta linealmente a medida que se carga el capacitor. Esto es lo que queremos, esto es lo que está generando esa onda triangular bien formada que construimos para producir el circuito.

De repente, sin embargo, ocurre algo desastroso para nuestro pobre y pequeño amplificador operacional. La entrada, casi sin previo aviso, cambió repentinamente de Vin_low (llamémoslo -1V) a Vin_high, ¡que es +1V! La entrada tiene polaridad completamente invertida, ¡y rápido! Demasiado rápido para que este amplificador operacional con forma de tortuga espere seguir el ritmo.

La velocidad de respuesta esencialmente expone la resistencia de salida distinta de cero de un amplificador operacional. Esto aumenta con frecuencias más altas, lo que da como resultado una pérdida de ganancia, hasta que realmente exige que el amplificador operacional gire lo más rápido posible, y ahora su salida actúa como una región lineal resistiva. Está tratando de forzar su salida tan rápido como sus pequeños transistores pueden manejar.

Entonces, lo que tenemos ahora es toda esa carga que nuestro LM324 pasó todo el ciclo bajo de la onda cuadrada empujando hacia el capacitor, con el nuevo voltaje de polaridad opuesta impreso en ese mismo capacitor. La salida no ha cambiado lo suficientemente rápido, por lo que obtenemos un pulso de corriente que se acopla a través del capacitor a la entrada.

Puede verlo como forzando artificialmente la 'tierra' en la salida, o simplemente como un pulso de corriente que hace que la entrada se sobrepase y provoque que la salida se dispare. Es un problema muy típico en integradores limitados de velocidad de respuesta como este.

Ahora, la resistencia de carga en realidad no está eliminando el pico, pero una vez que es lo suficientemente baja como para dominar cualquier corriente que normalmente necesitaría depender de la resistencia de salida del amplificador operacional (que está en su punto más alto cuando la velocidad de respuesta está limitada), entonces la magnitud del pico se reducirá más y más hasta que desaparezca. Puede fluir a través de la resistencia de carga y verse menos afectado por la impedancia/resistencia de salida del amplificador operacional.

El TL084 funciona sin ningún tipo de resistencia de carga porque su impedancia sigue siendo bastante baja, incluso en esos rápidos tiempos de subida y bajada de la entrada de onda 'cuadrada'. Con mucho gusto toma el cambio de onda cuadrada con calma, mientras que simplemente confunde y asusta al pobre LM324.

Podemos decir que esto es lo que está sucediendo al observar la ubicación real donde se producen los picos. ¿Ves cómo no están perfectamente alineados con los picos y valles del triángulo (que también son los puntos de cruce por cero de la onda cuadrada)? Los picos ocurren un poco después de eso. Huelo travesuras de capacitores.

Sí. Puede confirmar todo esto midiendo la corriente a través de C1 y luego observando cómo eso afecta el voltaje de entrada justo después de R3. Superponga su onda triangular puntiaguda, ¡y estoy seguro de que podrá resolver empíricamente este misterio!

Hice mi mejor esfuerzo para explicar, pero no es tan fácil. Para obtener una explicación más parecida a la de un libro de texto, consulte la "página" 6.180 de Amplificadores de señal de Walt Jung .

TLDR : los perezosos son lentos, especialmente con ketamina.