¿Por qué mi amplificador operacional corta mi señal?

He construido un amplificador de instrumentación a partir de dos amplificadores operacionales en un amplificador operacional cuádruple (MCP6L04T). La señal de entrada proviene de una fuente de baja impedancia (~17k) y la mayor parte de la información en esa señal está por debajo de los 10 Hz. Aunque puedo ver el contorno de la señal deseada, está formado por un montón de picos, como si el suministro del amplificador operacional se cortara cada vez que alcanza el valor de salida previsto. ¿Por qué está haciendo esto? Ambas tapas de alcance se tomaron a la salida del amplificador operacional, antes del filtro, pero también se pueden ver después del filtro.

picos de voltaje que describen la forma de onda deseada en lugar de la forma de onda suave deseada

una toma ampliada de la forma de onda infractora y puntiaguda

Los otros dos amplificadores del paquete se utilizan de la siguiente manera: uno es un amplificador no inversor para la salida de este amplificador y el último es un detector de picos para la salida de ese amplificador.

Esto está funcionando con una batería CR2032 nueva. Un diseño anterior que usaba un IC amplificador de instrumentación dedicado tenía los mismos filtros de entrada y salida y fuente de alimentación y funcionaba perfectamente.

El amplificador operacional tiene un límite de derivación de 1 uF justo al lado del pin y un límite de 10 uF más lejos. Ambos son de cerámica. Mirando el pin de suministro con un alcance reveló un suministro bastante suave: no se mueve con estos picos extraños.

FYI, las resistencias en paralelo están ahí para aumentar la tolerancia general de cada par de resistencias. Me está dando ~3 dB extra de CMRR sin el costo de resistencias de 0.1%.

El circuito:esquema del circuito

¿Cuáles son los niveles de señal de entrada/salida? ¿Y cómo se ve la señal en la primera imagen del alcance, si solo mirara una sección más pequeña (acercamiento)?
¿Ha intentado / puede intentar suministrar energía desde una fuente de alimentación de sobremesa en lugar de una batería de celda de moneda? Además, creo que un 'amplificador de instrumentación' requiere convencionalmente tres amplificadores operacionales.
¿Cuál es el voltaje de salida en reposo previsto? Si las entradas no están lo suficientemente polarizadas sobre el suelo, la señal se recortará, lo mismo si la salida es demasiado alta o demasiado baja.
Entrada: 5uV-1mV pico CA, 1-10 Hz. La salida alimenta un circuito separado que el usuario usa para atenuar o amplificar la señal de salida. Si te acercas a uno de los picos, ves una serie de pulsos muy agudos, casi idénticos y con una frecuencia constante de ~20kHz: imgur.com/7JaYqfV e imgur.com/Na2oe3u muestran detalles. Exhibe el mismo comportamiento cuando se conecta a un suministro de banco. El voltaje de salida inactivo estaba destinado a estar cerca de 0 V, pequeño en comparación con la señal de salida. Sospecho que tiene razón, @SpehroPefhany: es probable que la señal de entrada sea demasiado pequeña.

Respuestas (1)

Sin ver las señales de entrada, diría que el circuito funciona bien. Es decir, funciona como debería dada la topología. Desafortunadamente, no funcionará como un amplificador de instrumentación, ni siquiera como un amplificador diferencial. Y estoy bastante seguro de que un amplificador diferencial con ganancia es lo que pretendías.

Primero, por supuesto, está el hecho de que está alimentando una señal acoplada de CA a un amplificador operacional de suministro único, y esto garantiza que recortará todas las entradas que estén por debajo del promedio. ¿Estás seguro de que quieres hacer eso? De acuerdo, es un rectificador para pobres, pero es malo para los amplificadores operacionales.

Cada amplificador tiene una ganancia nominal de 63. Supongamos que cada uno tiene una entrada de 10 mV. Entonces la salida del amplificador inferior será de 630 mV. Si el amplificador superior estuviera funcionando con un suministro dividido (muy grande), generaría 630 mV - (63 * 620 mV), o -38,4 voltios. Esto, obviamente, no va a suceder. El problema que tienes es que tu topología solo funciona como amplificador diferencial cuando la ganancia es 1.

Hay una variante de esto que admite ganancias> 1

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El rango del modo común es limitado.

Otro problema que tiene es que sus redes de acoplamiento de CA de entrada no coinciden obviamente. Las señales de CA idénticas pueden producir salidas distintas de cero debido al cambio de fase diferencial. Combinado con el recorte producido por su circuito de acoplamiento de CA, esperaría algunos resultados muy extraños.

Captó una serie de problemas, @WhatRoughBeast, algunos de los cuales fueron "intencionales", ya que fueron el resultado de que el bajo costo prevaleciera sobre la calidad en este diseño. De hecho, se supone que el amplificador operacional de suministro único actúa como un rectificador (cojo). Parece que la raíz de mi problema tiene algo que ver con la entrada del amplificador y creo que tendré que cambiar la topología. Todavía tengo curiosidad por saber por qué corta la señal.
Lo que está pasando es bastante simple, creo. Tiene una pequeña señal de CA de modo común a 2-3 kHz y espera que el amplificador la rechace; después de todo, eso es lo que hizo el amplificador de instrumentación comercial, ¿verdad? Bueno no. Para el circuito que ha mostrado, una señal de modo común se amplificará aproximadamente en el producto de las ganancias nominales de las dos etapas. Eso es lo que estaba tratando de señalar. Así que tienes una pequeña señal de modo común de CA que se amplifica enormemente. De dónde viene eso, no lo sé, eso lo debes determinar tú.
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