¿Por qué mi amplificador operacional no gana correctamente? (esquema adjunto)

circuitoEstoy tratando de tomar una señal de entrada que cambiará entre 1 y 5 Hz y amplificará solo la porción de CA de la señal (0.02 V pico a pico, compensación de ~ 3 voltios). Todo el circuito tiene que funcionar con un solo suministro de CC de 3,3 V. Estoy pasando la señal de entrada a través de un filtro de paso alto en f = 0.5Hz para hacer un acoplamiento de CA y luego a través de un filtro de paso bajo amplificado f = 5hz. Los estoy amplificando la salida de la ganancia unitaria usando un amplificador inversor normal, pero no veo ninguna amplificación. Adjunto la salida:

producción

¿Alguien puede explicar por qué no veo ninguna onda de salida? Mi señal de entrada es ~ 7 mV y me gustaría una amplificación tan grande como pueda en mis restricciones de voltaje de 3.3. Parece que mis filtros funcionan bien ya que el análisis de CA muestra los resultados esperados y puedo leer una onda sinusoidal después de la filtración.

análisis de ca

¿También es esta la forma correcta de acoplar la señal en CA?

[EDITAR: corrigió los designadores de resistencia y configuró R6 para ir a VG en lugar de G. Todavía no veo la señal final]

Respuestas (2)

No necesita ese filtro Sallen-Key antes de su amplificador si ya está filtrando con el filtro de paso alto RC de entrada.

Simplemente puede acoplar CA la entrada, sesgar el amplificador y aumentarlo.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Algunas cosas clave a tener en cuenta de este circuito:

El filtro RC de entrada en su circuito original tenía un corte F C de 1 Hz pero su texto decía 0.5Hz. 0,5 Hz es en realidad mejor, así que mantuve eso y cambié el condensador de entrada de 0,1 μF a 0,22 μF.

F o ( R 1 C 1 ) = 1 2 π R 1 C 1 = 1 2 π ( 220 norte F ) ( 1.6 METRO ) ≈ 0.5 H z

Tenga en cuenta que la combinación RC de R2C2 con el opamp forma un filtro de paso alto activo que debe ser igual o cercano a R1C1:

F o ( R 2 C 2 ) = 1 2 π R 2 C 2 = 1 2 π ( 68 m F ) ( 5 k ) ≈ 0.5 H z

Desafortunadamente, esto significa un condensador C2 bastante grande, porque necesita equilibrarlo con R2 y la ganancia del amplificador operacional que desea (G = 100).

Es posible que pueda evitar eso utilizando dos etapas de ganancia x10 de igual diseño. De esta manera, puede usar valores de R2 más grandes y, por lo tanto, un C2 más pequeño. Por ejemplo, x10 sería R3=200k, R2=22k, C2=15μF y necesita dos de ellos.

También tenga en cuenta que el LM324 no puede alcanzar el riel superior, por lo que se recortará con una ganancia tan alta. Debe usar un mejor amplificador de salida de riel a riel cuando trabaje con 3.3V

EDITAR: Oh, en una revisión adicional, creo que veo que quieres seguir el filtro de paso alto de entrada @ F C = 0,5 Hz con un filtro de paso bajo activo con F C = 5 Hz, con el objetivo de hacer un filtro de paso de banda a partir de los dos.

Si ese es el caso, entonces querrá volver a acoplar CA la segunda etapa y polarizarla en Vbias. Además, querrá cambiar el punto de corte de Sallen-Key a algo más alto que 5 Hz si quiere pasar de 1 a 5 Hz. Recuerde que estos son los puntos bajos de 3dB, por lo que desea un ancho de banda adicional. Entonces, si desea pasar de 1 a 5 Hz, debe usar un paso alto a 0,5 Hz o menos y un paso bajo a 15 Hz o más.

Cambie sus resistencias de 68K en su filtro de paso bajo Sallen-Key a 22k y tendrá un F C de 15 Hz. De esta forma, no disminuirá ni atenuará su señal de 5 Hz en banda demasiado pronto.

esquemático

simular este circuito

¡Muchas gracias por esta gran respuesta! Un par de cosas: parece que mencionas accidentalmente un pase alto en clave de sallen cuando debería ser un pase bajo cerca del final. Lo entiendo, pero para futuros lectores puede resultar confuso. También para acoplar CA la etapa de ganancia, ¿necesita la resistencia de 1,6 M? Además, ¿sería prudente diseñar esto con valores más bajos de R1 y R4 y aumentar C1 y C4 para ayudar a reducir el ruido de la resistencia?
¿También es necesario el segundo acoplamiento de CA (C4 + R4)? Cuando estoy simulando los resultados, parece estar reduciendo mucho la señal y parece tener un buen análisis de CA sin ella.
@din ups, tienes razón. Parece que tengo la descripción al revés. Arreglaré eso. Sin embargo, el circuito está dibujado correctamente. En cuanto al segundo acoplamiento de CA, no pude simular sin él. Es posible que no lo necesite en la práctica. Si está construyendo una placa de PC real, le recomiendo que coloque un 0-ohm donde está C4 y deje las almohadillas para R4 pero no instale (DNI). De esa manera, puede agregarlo más tarde si lo necesita. En teoría, no debería necesitarlo ya que la primera etapa es solo un búfer y no tiene ganancia. Para mí podría haber sido solo un problema de simulación.

En primer lugar, debe colocar designadores de referencia en todos sus componentes de manera consistente, para que pueda hablar sobre una resistencia en particular sin tener que decir "la resistencia de 1,6 M" (afortunadamente, ese valor solo se usa una vez).

Debe conectar el extremo inferior de "la resistencia de 1,6 M" a VG, no a tierra, para que U1B sesgue hacia el centro de su rango operativo. Esto también afecta a U1D.

Además, ¿entiendes por qué el canal 3 del osciloscopio no puede mostrarte nada? Debe conectar este canal directamente a la salida de U1B si desea ver la salida del filtro.

Tampoco parece que la energía esté conectada al amplificador operacional final. Y, la entrada tiene polarización de 0V en un LM324 que tiene 0V como su riel más negativo. ¿Por qué, oh, por qué la gente sigue cometiendo este error básico? No es necesario que respondas a Dave LOL.
@Andyaka: Presumiblemente, el amplificador operacional cuádruple tiene solo un conjunto de pines de alimentación, lo que debería ser suficiente. Es simplemente descuidado por parte de la persona que creó la biblioteca de componentes para mostrar pines de alimentación en cada sección.
Por favor revise las ediciones que he hecho a los esquemas. ¿Sigo sin poder ver una señal? ¿Estoy entendiendo cómo sesgar la señal de entrada incorrectamente? ¿Alguien podría explicar cómo amplificar correctamente una señal de CA en un solo suministro?
Quizás Andy tenga razón después de todo: podría ser que el simulador no crea que U1C o U1D están alimentados. Intente conectar la alimentación explícitamente a los tres amplificadores operacionales.
En realidad, no permitirá conectar nada a las otras fuentes, ya que creo que están interconectadas. Incluso traté de usar un opamp separado y todavía no hay salida. No estoy muy seguro de cómo progresar desde aquí.
¿Por qué mi amplificador operacional no gana correctamente? (esquema adjunto)
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