Problema con un oscilador de relajación (usando un amplificador operacional)

Estoy estudiando un oscilador de relajación. Este circuito de wikipedia muestra exactamente mi circuito con la única diferencia de que estoy usando diferentes valores para cada resistencia.

Circuito

Llamé resistencia R a la que conecta la entrada inversora del amplificador operacional y su salida, R1 a la que conecta la entrada no inversora del amplificador operacional y la tierra y R2 a la última.

He usado un osciloscopio para medir la frecuencia de la onda de salida. El hecho extraño es que mido frecuencias siempre más bajas de lo esperado. Calculé las frecuencias esperadas usando esta fórmula:

F = 1 2 R C yo norte ( 1 + k 1 − k )
dónde
k = R 1 R 1 + R 2
¿Alguien puede explicarme por qué siempre obtengo frecuencias más bajas de lo esperado? También intenté cambiar los valores de las resistencias y los condensadores, pero obtuve nuevamente frecuencias más bajas de lo esperado. Estoy usando un amplificador operacional TL081, resistencias que van de 500 ohmios a 46k ohmios y condensadores que van de 45 nF a 1,7 microfaradios.

Respuestas (2)

Su fórmula está escrita de tal manera que asume que Vdd y Vss son simétricos con respecto a tierra. Si esto no es cierto, por ejemplo, está utilizando una sola fuente de alimentación con Vss conectado a tierra, esta fórmula no se aplica.

Si desea utilizar este circuito con un solo suministro (o suministros asimétricos), deberá conectar el extremo conectado a tierra de R1 a una "tierra virtual" en (Vdd+Vss)/2. De hecho, lo que puede hacer es simplemente dividir R1 en dos resistencias separadas con el doble del valor y conectar una entre R2 y Vss y la otra entre R2 y Vdd.

Gracias por la respuesta. Tienes razón Dave. Debido a mi pereza, no escribí la fórmula completa que he usado. Este es el completo:
F = 1 R C ( yo norte ( V s 1 − k V s 2 V s 1 ( 1 − k ) ) + yo norte ( V s 2 − k V s 1 V s 2 ( 1 − k ) ) )
donde Vs1 es la tensión positiva máxima alcanzada por la onda de salida y Vs2 es la tensión negativa mínima alcanzada. ¿Crees que conectar el osciloscopio a la salida del circuito podría haber influido en el comportamiento del propio circuito?
El osciloscopio no debería tener ningún efecto.
Tu segunda fórmula no me parece bien. Yo obtengo: F = 1 R C ( yo norte ( V s 1 − k V s 2 V s 1 ( 1 − k ) − k V s 2 ) + yo norte ( V s 2 − k V s 1 V s 2 ( 1 − k ) − k V s 1 ) )
¿está seguro? porque si consideras Vs1=-Vs2 deberías obtener la fórmula inicial (la que escribí en la pregunta). Si sustituye Vs1 con -Vs2 en su fórmula, obtiene un resultado diferente
Sí tienes razón. Encontré mi error. Su versión de la fórmula completa es correcta. Entonces, ¿en cuánto se desvían tus medidas? nunca dijiste
alrededor del 14% Dave... Creo que me estoy perdiendo algo, pero no puedo pensar en nada bueno
En ese caso, ¿cuál es la tolerancia real de las resistencias y condensadores que está utilizando? ¿Has medido sus valores directamente?
Pues todas las medidas son compatibles. Quiero decir que la medida más dos veces el error estimado es mayor que el valor esperado menos dos veces el error calculado para ese valor. No se si me he explicado :P. De todos modos, el hecho extraño para mí no es el error en sí, sino el hecho de que las 12 medidas están por encima del valor esperado. No hay frecuencias más altas de lo esperado. Parece un error sistemático.
Se me olvidaba: todos los valores de las resistencias se midieron directamente
¿Qué pasa con los condensadores? A menos que esté gastando dinero extra, es probable que sean +/- 20% en el mejor de los casos, y los fabricantes tienden a errar por el lado alto.
Perdón por la respuesta tardía ... ¡No sabía que los condensadores tenían un gran error como ese! De todos modos, el problema es que, por lo general, en el mismo experimento, obtienes algunos resultados más altos de lo esperado, otros más bajos. Solo obtengo resultados más bajos...

Usando la convención de Daniele de los comentarios:

k = R 1 R 1 + R 2

V s 1 y V s 2 son las tensiones de salida máxima y mínima, respectivamente, y V t h y V t yo el umbral superior e inferior, respectivamente, obtengo las siguientes ecuaciones:

{ ( V t h − V s 2 ) mi − t 1 / ( R C ) = V t yo − V s 2 ( V s 1 − V t yo ) mi − t 2 / ( R C ) = V s 1 − V t h

que, resolviendo para t 1 y t 2 da

{ t 1 = R C ⋅ yo norte ( k ⋅ V s 1 − V s 2 ( k − 1 ) V s 2 ) t 2 = R C ⋅ yo norte ( k ⋅ V s 2 − V s 1 ( k − 1 ) V s 1 )

Entonces la frecuencia es

F = 1 t 1 + t 2 = 1 R C [ yo norte ( k ⋅ V s 1 − V s 2 ( k − 1 ) V s 2 ) + yo norte ( k ⋅ V s 2 − V s 1 ( k − 1 ) V s 1 ) ]

que es diferente de Dave consiguió.



Dave menciona una tolerancia del 20 % para los condensadores. Eso es común para los electrolíticos (su tolerancia superior puede llegar incluso al 50 %), pero existen cerámicas asequibles, como X5R y X7R, con una tolerancia del 10 %.

Usted configuró el problema incorrectamente. En la segunda de sus dos primeras ecuaciones, el lado derecho debe ser Vs1-Vtl, no Vth-Vtl. Y no dije que no existan condensadores de mejor tolerancia, simplemente que las partes de gominolas que probablemente estén en el laboratorio son probablemente el 20%. @Daniele debería medirlos; la mayoría de los multímetros en estos días incluyen la capacidad de medir condensadores.
En realidad, me expresé mal. Debería ser Vs1-Vth.
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