¿Por qué mi mezclador sumador alcanza un máximo de 5,39 V cuando mis rieles tienen aproximadamente +/- 11,7 V?

He estado trabajando en este proyecto para sumar y escalar voltajes de CC de 2 conjuntos de cuatro divisores de voltaje variable de 0-5 V, en dos mezclas separadas con circuitos idénticos. En mi versión anterior, alimentaba los voltajes directamente de los divisores sin amortiguadores y terminé teniendo muchos problemas con la caída de voltaje, ya que el mezclador estaba formando un camino paralelo a tierra para cada divisor.

Agregué amplificadores operacionales configurados como seguidores de voltaje para amortiguar cada etapa y eso resolvió mi problema. Ahora obtengo el voltaje máximo correcto cuando todas las etapas están al máximo (alrededor de 5,09 V), pero me encontré con otro problema desconcertante. Cada mezclador sumador también tiene otra entrada de una fuente externa que está sujeta a un rango de voltaje de +/-3 V y no está escalada. Cuando la señal que ingresa al mezclador desde los divisores es máxima (5,09 V) y aplico una señal externa de 3 V a esta entrada no escalada, el voltaje en la salida del mezclador no responde como se esperaba, solo aumenta un total de aproximadamente 25mV de los 5.09V en lugar de los 3V completos. Si atenúo los voltajes en los divisores para ofrecer más margen, entonces el circuito reacciona normalmente al voltaje externo, ajustando la salida como se esperaba en respuesta a la entrada de 3V.

Mi pregunta es: ¿Por qué este circuito impide que la salida supere los 5,35 V?

Parece que estoy llegando al límite de la oscilación del amplificador operacional, pero el suministro es de +/- 12 V (menos una caída de diodo Schottky de 0,3 V en cada uno para protección de voltaje inverso). El amplificador operacional es un LM324, por lo que, a diferencia del TL074, debería poder ir al riel negativo, y no puedo imaginar que el límite de voltaje superior sea 5.5 V por debajo del riel positivo. ¿Hay algo que me estoy perdiendo con respecto al rango de salida de este amplificador operacional?

Aquí hay una imagen del esquema, ¿hay algo más claramente mal?

esquemático

¿Puedes mostrar la expresión deseada? Dices 'suma y escala' pero nunca mencionas un factor de escala.
O tal vez la escala siempre va a ser variada por potenciómetro.
La suma es la suma de 4 divisores de voltaje, cada uno con un rango posible de 0-5 V, por lo tanto, el rango de entrada es de 0-20 V y luego lo estoy escalando en aproximadamente 1/4 (resistencia de entrada de 47.5K / resistencia de retroalimentación de 12.1K) El La segunda rama de entrada del circuito sumador no está escalada (12,1 K de entrada / 12,1 K de resistencias de realimentación), pero tiene la intención de agregar una compensación de CC de precisión a la mezcla entre -3 V y +3 V y está sujeta con diodos a un voltaje de referencia (en otra página del circuito hecho con divisores de resistencia en amplificadores operacionales en una configuración de seguidor de voltaje establecida en 3V y -3V). El escalado funciona, la salida simplemente no pasará 5.3V máx.
expresión: Vout=((V1+V2+V3+V4)/4)+V5) (Donde 0v<=V1::4<=5V, -3V<=V5<=3V) Conjunto de posibles voltajes de salida destinados a ser posible para Vout es -3V a +8V)
R39-44 forman un sumador pasivo que ya se divide intrínsecamente por cuatro. ¿Has tenido eso en cuenta al atenuar aún más la señal?

Respuestas (2)

No veo por qué necesita el escenario en U7.2 en absoluto, ni por qué U7.1 está configurado para invertir. Además, la proporción de R50 a R24,41,43,45 es "aproximadamente" correcta (puede acercarse a 4.00 que a 3.93 con una selección diferente de resistencias). No mostrar los seguidores de entrada, esto debería funcionar con algo que se parece a

esquemático

Para sus amplificadores operacionales, considere el onsemi NCV2007 , que viene en dispositivos de cuatro canales que admiten su suministro de +/- 12 V y son explícitamente de riel a riel.

Si desea apegarse a la familia 324, es posible que pueda salirse con la suya con el ST LM324APT , que caerá entre 1,5 V y 3 V desde el riel superior. Con Vpp = 12 V y una salida máxima esperada de 8 V, tal vez esté seguro.

Gracias por la recomendación del amplificador operacional, realmente lo aprecio. Veo lo que quieres decir con que no necesitas la segunda etapa. Probaré esta configuración y veré si resuelve mis problemas. Gracias de nuevo.

Sus mezcladores se dividen por 4, lo que limita su señal de salida de cada entrada. Si quería una ganancia unitaria, simplemente cambia todos los 47.5k a 12.1k. Por supuesto, si cada entrada fuera máxima, la suma de todas las entradas puede exceder el rango de suministro en algún punto si los picos están sincronizados, por lo que necesita especificaciones de "margen" para limitar la entrada máxima.

Los diodos Schottky sujetan la entrada a ~ 350 mV a 1 mA por encima de 3 V y por debajo de -3 V con ganancia unitaria después de esto.

  • el LM324 puede acercarse a Vee, pero tiene una caída de 3 V de Vcc (rango de temperatura completo con carga de 10k) debido a su controlador Darlington de lado alto y sesgo. Ver [hoja de datos 1 “Características eléctricas para Voh=27V típ. y Nota(1) Vcc=30V

  • por lo tanto, lo ha diseñado para una abrazadera de diodo +/-3 V + Vf. Si quisiera 8V, entonces necesitaría cambiar el voltaje de referencia del diodo de abrazadera o las relaciones de entrada R o la ganancia de salida.

si el máximo en cada una de las 4 etapas es 5V, la suma es 20V, la escala de la primera etapa del mezclador inversor los divide en 4 hasta el máximo de 5V, pero la señal externa de +/-3V no está escalada (observe que es obtuve una resistencia de entrada de 12.1K), por lo que el voltaje máximo esperado en la salida debe ser de 8V, pero parece que solo puedo obtener 5.3V. No debería ser un problema si ingreso 20+V si estoy usando una resistencia de retroalimentación para escalar la salida del amplificador operacional a algo que esté dentro de su rango de voltaje, ¿verdad? Mi problema aquí es que parece que debería tener suficiente espacio libre para llegar a 8V, pero no es así.
¿Por qué mi mezclador sumador alcanza un máximo de 5,39 V cuando mis rieles tienen aproximadamente +/- 11,7 V?
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