Problema con el generador de forma de onda LM358

Me gustaría generar una forma de onda de diente de sierra de 30 kHz y 60 kHz usando un amplificador operacional LM358P según el siguiente esquema.

Teóricamente, y en la simulación, el circuito debería funcionar perfectamente, generando una señal de ~30 kHz o ~60 kHz dependiendo de la posición del interruptor. En realidad, la señal está distorsionada y varía entre 6 y 8 kHz respectivamente.

Los valores de las resistencias/condensadores se calcularon en función de las ecuaciones del ejercicio de laboratorio LM741 que vinculo a continuación.

¿Qué puede estar causando el problema?

Esquemático

Simulación Falstad: Enlace

Hoja de datos LM358P: Enlace

Detalles del laboratorio: Enlace

Cálculos

Inicialmente, no he tenido en cuenta la velocidad de respuesta de un dispositivo, pero estos son mis cálculos para el generador de diente de sierra de 30 y 60 kHz.

1. Sesgo

El generador se acciona desde una única fuente de alimentación de 24 V, la tierra virtual se deriva del divisor de tensión: dos resistencias de 1 k en paralelo con condensadores de 220 nF, y la tensión de saturación se elige para que sea de 1 V y 23 V, respectivamente.

Nota: El voltaje de saturación se eligió sin consultar la hoja de datos, por lo que ese fue el primer error.

CCV

VGND

VSAT+

VSAT-

2. Amplitud

La amplitud elegida de una señal fue de 22 V, por lo que se eligieron las siguientes resistencias.

A

R2

R1

3. Ciclo de trabajo

Como quería generar una onda de diente de sierra, el ciclo de trabajo elegido fue del 10%.

D

4. Frecuencia

Para mantener pequeños los valores de la resistencia, se eligió un capacitor de 10 nF para el integrador, y para la resistencia de frecuencia de 30 kHz se calculó con la ecuación del laboratorio adjunto.

F

C

R

Nota: La frecuencia tuvo que aumentarse adecuadamente para tener en cuenta el ciclo de trabajo seleccionado.

4. Velocidad de giro

La velocidad de respuesta del LM358 es de solo 0,3 V/μ, que no tomé en cuenta. Para el generador de onda triangular de 30 kHz, la velocidad de respuesta mínima requerida es de 4,14 V/μ, y para el generador de onda de diente de sierra de 30 kHz, 6,9 V/μ.

RS

¿Está funcionando con 24 V como en la simulación? Te encontrarías con limitaciones de velocidad de respuesta.
¿Cuál es la velocidad de respuesta requerida en la salida del pin 7? ¿Cuál es la velocidad de respuesta de salida de un LM358?
De la hoja de datos: El slewrate es la velocidad a la que un amplificador operacional puede cambiar su salida cuando hay un cambio en la entrada. Estos dispositivos tienen un slewrate de 0,5 V/μs (versión B). Tiene razón, ejecutar el circuito desde la fuente de alimentación de 12V genera una señal de 6-8 kHz, mientras que desde la fuente de alimentación de 24V la señal es de 3-4 kHz.
Lo que el esquema no muestra son las conexiones ocultas. Si construyó esto con cables largos y colgantes en un tablero de conexiones, probablemente sea la implementación, no el circuito, la que tenga la culpa. "la pulcritud cuenta" al construir circuitos. Otra cosa que no se muestra en el esquema es la carga eléctrica de "barrido". Calcule la impedancia de entrada de "barrido" y agréguela a su simulación. ¿¿¿Todavía funciona???
Y, casi con certeza, debería tener condensadores en los pines de la fuente de alimentación del opamp. Esos no se muestran aquí. Si no tiene tales cosas, el opamp definitivamente podría comportarse de manera extraña (de una manera que la simulación no simula).
@George Están sucediendo muchas cosas aquí. En primer lugar, el LM358 tiene limitaciones tanto en el rango de entrada como en el rango de salida. En segundo lugar, su esquema tomado de la hoja de laboratorio usa un suministro bipolar. El tuyo es de un solo carril. Las elecciones en sus resistencias también afectarán el rango de salida requerido, que a su vez puede chocar con las limitaciones de la hoja de datos. Y la frecuencia varía con la configuración del valor de la entrada (+) con respecto a los rieles, además de todo eso. Me gustaría ver sus cálculos, especialmente el cálculo de salida de pico a pico y cómo se compara con los límites de entrada y salida de la hoja de datos.
@George Usted y otros han mencionado tasas de cambio. En el peor de los casos, 60 kHz y, digamos, una configuración de diente de sierra del 10 %/90 %, solo tendría aproximadamente 1.7 m s para girar a través del rango requerido de pico a pico. Eso no es mucho tiempo para este dispositivo. De su propia figura para la versión B, eso es menos que 1 V PÁGINAS total. Tendría que diseñar para eso reduciendo el rango de salida con sus relaciones de resistencia si desea alcanzar el 10%/90%, por ejemplo. Hay un montón de detalles para comprobar. ¿Puedo asumir que está atascado con el LM358?
Esto no es un circuito completo. Muestre a qué están conectados 'vgnd' y 'boost'. ¿Cuál es el voltaje de la fuente de alimentación?
Pido disculpas por no responder antes! La etiqueta "BOOST" está conectada a la fuente de alimentación de 24 V y la etiqueta "VGND" al divisor de voltaje que consiste en dos resistencias de 1k en paralelo con capacitores de 220nF. Estaba atascado con el LM358, pero obtendré un amplificador operacional con una mejor velocidad de respuesta: LM833N.

Respuestas (1)

  1. Los valores de su resistencia son demasiado bajos. Pruebe aproximadamente 10 veces los valores dados y reduzca el capacitor proporcionalmente para compensar.

  2. R34 es demasiado bajo en relación con R36. El amplificador operacional no gira hacia los rieles de la fuente de alimentación.

  3. El amplificador operacional que ha elegido no es lo suficientemente rápido para la función de integrador, y mucho menos para usarse como comparador a decenas de kHz. Tenga en cuenta que muchos amplificadores operacionales funcionan mal como comparadores y también pueden presentar una impedancia muy baja a los voltajes diferenciales de más de una o dos caídas de diodo.

Esto es lo que parece funcionar, aunque a ~ 1/100 de la frecuencia deseada:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Con 10K/15K/5.2K/100nF

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