Seguidor de voltaje de amplificador operacional de suministro único: recorte negativo con carga acoplada a CA

Estoy usando un algoritmo DDS que ejecuta µC para sintetizar ciertas formas de onda (de hecho, hice un generador de música de 3 canales con efectos de modulación de portamento y amplitud, comandos para cambiar formas de onda, etc., pero eso no es relevante para la pregunta). La salida de µC es una señal PWM de 15686,27 Hz (8e6/510) con ciclo de trabajo variable. Estoy actualizando el ciclo de trabajo desde una tabla de búsqueda para generar la forma de onda deseada a la frecuencia deseada y luego la señal va al filtro RC de paso bajo.

La salida del filtro RC tiene un desplazamiento de CC de +2,5 V y una amplitud de 2,5 V (los valores máximos absolutos son 0 y +5 V). Conecté esa señal a un recortador de 50k que actúa como divisor de voltaje para reducir la señal a un desplazamiento de +1,5 V y una amplitud de 1,5 V para poder usar LM324 en la configuración de seguidor de voltaje para impulsar la carga. Reduje el voltaje porque LM324 con un solo suministro de 5 V no puede superar los 3,7 V. Esta es la señal que va a LM324:

Señal de entrada

Los ajustes son: acoplamiento DC, 1V/DIV, 2ms/DIV. La frecuencia de onda sinusoidal es de 329,6 Hz (tono E4).

La forma de onda en la salida del seguidor de voltaje (salida LM324 en cortocircuito con la entrada inversora) por supuesto se ve exactamente igual (con o sin carga resistiva).

El problema ocurre al insertar el capacitor de acoplamiento de CA para eliminar la compensación de CC, esta es la forma de onda en la salida del amplificador operacional con una carga de 100 ohmios acoplada a CA con un capacitor de 470 µF:

Forma de onda después de insertar el condensador de acoplamiento de CA

Y aquí está la forma de onda después del capacitor:

Salida después del condensador

El sesgo de CC ahora se elimina.

Ahora, soy consciente de por qué ocurriría este recorte con un seguidor de emisor de transistor único (configuración de colector común). Aquí está la explicación detallada de por qué ocurre el recorte cuando se usa CA con un seguidor de voltaje de un solo transistor. Desafortunadamente, la explicación es demasiado larga para insertar el texto en la pregunta, pero esto es un hecho bien conocido: el problema es que el transistor no puede hundir la corriente durante la mitad negativa de la forma de onda.

Sin embargo, dado que LM324 puede alcanzar 0 V con un solo suministro de 5 V, pensé que no habría recorte, pero lo hay.

Al aumentar la resistencia de carga, el recorte disminuye, aquí está la forma de onda con una carga de 10k:

Forma de onda con carga de 10k

Y un resultado aún mejor con una carga de 15k:

Forma de onda con carga de 15k

Sin embargo, necesito una señal sin distorsiones con una carga de 100 - 200 ohmios (altavoz de 4 ohmios + resistencia) y la pregunta es si hay una manera de deshacerse del recorte sin usar un amplificador de alta impedancia de entrada .

Podría poner otro amplificador operacional detrás del capacitor para evitar el recorte (porque la impedancia de entrada sería muy grande), pero luego tendría que usar un suministro dual debido a la polarización de CC ya eliminada. ¿Existe una forma sencilla de evitar el recorte negativo en dicha configuración?

EDITAR:
El esquema:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

ACTUALIZACIÓN:
Salida de TL084 en lugar de LM324:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Publica tu esquema.
Aquí tienes el esquema.
¿Has probado un TL084?
Parece que el LM324 es una mala combinación para su tarea.
Desafortunadamente, solo tengo unos pocos amplificadores operacionales LM324 en paquete DIP y más de 20 LM321 en paquete SMD en este momento. Probaré algún otro amplificador operacional tan pronto como tenga uno.
Si echa un vistazo a la hoja de datos LM324, notará que la corriente de hundimiento de salida es mucho más baja que la corriente de suministro de salida. Es por eso que se engancha en el lado negativo. Además, su carga 100R es demasiado baja para que funcione este opamp.
Sí, soy consciente de que el hundimiento de la salida de LM324 es mucho más bajo que el abastecimiento. No dije eso en la pregunta, pero intenté usar otra etapa con dos etapas LM324 paralelas para aumentar la corriente total (tanto fuente como sumidero) y bajé la carga (aumenté la resistencia) para poner la corriente del sumidero dentro de las capacidades de sumidero de LM324 pero eso no eliminó el recorte.
@skvery: acabo de actualizar la pregunta con la imagen que muestra la salida de TL084 descargado en lugar de LM324. Todo lo que está por debajo de la polarización de CC se recorta a Vcc. Parece que TL084 no puede hundir ninguna corriente. Ahora estoy esperando que llegue el amplificador operacional TS922; según la hoja de datos, creo que podrían funcionar.

Respuestas (2)

Nunca conseguirá que un LM324 haga lo que quiere, así que ¿por qué no morder la bala y usar un LM386? Su alimentación mínima es de 4 voltios ya 5 voltios puede producir 4 voltios pico a pico. También está diseñado para aplicaciones de audio y puede manejar una carga de 4 ohmios (o más): -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Lea la hoja de datos si desea más detalles y otros circuitos de aplicación.

Sí, gracias, conozco el uso de LM386 como amplificador de audio de baja potencia dedicado, pero tenía curiosidad por saber si hay una forma de lidiar con el recorte negativo cuando se usa esta configuración muy específica (amplificador operacional como seguidor de voltaje). Hay otro maravilloso IC de amplificador de audio de baja potencia, LTK8002D . Es un amplificador de audio clase AB con rango de alimentación de 2 a 5V dando 3W de potencia a 5V y 4 Ohm. Desafortunadamente, parece que es difícil de encontrar, desoldé uno de un altavoz BT barato.
@Chupo_cro desafortunadamente, no logrará que el LM324 funcione como desea con una impedancia de carga general tan baja y agregar un transistor de búfer perderá 0.7 voltios en la amplitud de pico a pico. El dispositivo LTK es un amplificador de puente y no produce una salida con referencia a tierra, por lo que sospecho que no podrá usarlo de todos modos.
Caballos y agua Andy, caballos y agua.
Sí, no puedes hacer que un caballo beba :-) No dije que no usaría LM386, de hecho, probablemente lo haga. Y si en unos días alguien no encuentra una solución modificando el circuito seguidor de voltaje LM324 (que probablemente no sea el caso), entonces marcaré esta respuesta como aceptada.
LM386 con suministro de 5 V y carga de 4 ohmios puede producir solo alrededor de 2,4 V de pico a pico (según la hoja de datos y confirmado con un osciloscopio).
@Chupo_cro todo muy interesante pero su carga se especifica en 100 ohmios.

El problema es que su LM234 puede conducir 0 voltios cuando no tiene que suministrar corriente, pero no puede bajar a cero mientras se hunde la corriente.

Lo que debe hacer es usar un punto BIAS que no haga que la salida del amplificador operacional llegue a cero. En lugar de trabajar con una amplitud de 1,5 V y una polarización de 1,5 V, intente trabajar con una amplitud de 1,5 V y una polarización de 2,5 V. Puede hacer esto conectando la parte inferior de su potenciómetro de "control de nivel de señal" a un divisor de voltaje de riel medio en lugar de conectarlo al riel de tierra.

Es posible que también necesite usar un amplificador operacional diferente (unidad de corriente más alta y / o capaz de acercarse a los rieles).