La onda cuadrada del comparador se desvía y la onda cuadrada integrada no produce una onda triangular

Estoy tratando de hacer un generador de funciones.

El generador funciona con 16 kHz, los rieles son de +12/-12 V para fines de prueba.

Básicamente obtengo una onda sinusoidal con un oscilador, conduzco un comparador (LM311) con la onda sinusoidal para obtener una onda cuadrada, luego integro la onda cuadrada para obtener una onda triangular.

El problema es que la onda cuadrada se desplaza hacia el carril positivo y no obtengo nada parecido a una onda triangular. También usé un TL071, que tampoco funcionó. A continuación se muestra el circuito:

circuito

Este es el resultado. El azul es la onda sinusoidal, el verde es la onda triangular y el morado es la onda cuadrada:

resultado

de cerca

Quiero que el generador tenga una frecuencia variable.

Tener escalas de tiempo y voltaje en esos barridos ayudaría. Creo que tu generador de triángulos podría ser mucho más rápido de lo que crees. Tal vez reemplace R6 con 1M para que sea un poco más lineal. Calculo que su velocidad de giro (pendiente de rampa triangular) es de aproximadamente 120 KV / s.
El 741 es un viejo dinosaurio y debería eliminarse del juego de herramientas de piezas de todos (y en realidad no es tan barato hoy en día). Al menos use un TL081 o LF351 (amplificadores operacionales de entrada JFET) o incluso un LM358 (es un amplificador operacional dual) o su equivalente cuádruple LM324. No son amplificadores operacionales "modernos" (aunque los LM358/LM324 todavía se usan ampliamente hoy en día para aplicaciones poco exigentes), pero son mucho mejores que el 741.
La deriva de onda púrpura se parece a lo que obtienes si acoplas CA algo con una compensación de CC. El condensador se carga hasta el voltaje de compensación de CC y lo cancela, y esto lleva un poco de tiempo.
Voy a cambiar el amplificador operacional. Aparte de eso, ¿qué parte es la que tiene compensación de CC y qué parte es la parte de CA? ¿Cómo puedo resolver este problema de acoplamiento? Gracias.

Respuestas (2)

R6 es demasiado pequeño, debería ser del orden de 1M o 470k.

R3 es demasiado grande, hazlo alrededor de 4k7. Esta resistencia forma un divisor de potencial con la resistencia de entrada del integrador. Cuando la entrada al integrador sube, estas dos resistencias de 100k actúan juntas para reducir a la mitad el voltaje de entrada al integrador en comparación con cuando la entrada del integrador baja, lo que desequilibra el integrador.

Hay 3 factores que controlan la amplitud de la onda triangular de salida: -

  1. Amplitud de entrada de onda cuadrada.

  2. Frecuencia de onda cuadrada de entrada. Es decir, cuánto tiempo permanece la onda cuadrada en el estado alto y cuánto tiempo permanece en el estado bajo.

  3. La constante de tiempo R4 * C1.

En este momento, la amplitud de la onda triangular es demasiado grande (el amplificador operacional se está saturando en los rieles de suministro), por lo tanto, aumente la frecuencia de la onda sinusoidal o aumente el tamaño de C1 para reducir la amplitud de la onda triangular dentro del suministro. rieles

Incluso con un cambio a R3, haciéndolo 4k7, la excursión de dirección positiva cuadrada será ligeramente más pequeña que su excursión de dirección negativa, lo que provocará un desplazamiento de la onda triangular desde el centro del terreno. Para reducir significativamente este desplazamiento, inserte una pequeña resistencia (digamos 100R) entre la resistencia 4k7 y la salida del LM311 y conecte la entrada al integrador entre estas dos resistencias. Esto reducirá la amplitud de la oscilación negativa de la onda cuadrada y la onda triangular será más central. Deberá ajustar el valor de esta resistencia adicional para encontrar su valor óptimo a fin de minimizar la compensación de la onda triangular.

Es posible que se haya dado cuenta de los 3 factores de control de amplitud enumerados anteriormente que la amplitud de la onda triangular variará con la frecuencia de la onda sinusoidal. Los componentes de valor fijo solo permitirán un rango de frecuencia limitado para una amplitud de la onda triangular entre muy pequeña y una amplitud que está limitada por los rieles de suministro.

EDITAR

Para calcular la amplitud de la onda triangular:-

Vsal = -(Vin * t)/(RC)

Dónde:-

Vout = la amplitud de la onda triangular

Vin = la amplitud de la onda cuadrada

t = la mitad del tiempo que la onda cuadrada es alta o baja = 1/(4f)

RC = resistencia de entrada multiplicada por capacitancia de retroalimentación

Hay un signo negativo en la fórmula porque cuando la onda cuadrada de entrada se vuelve positiva, la salida del integrador disminuye en dirección negativa.

el opamp 741 tiene 53 años y tiene problemas con frecuencias superiores a 9kHz. Los amplificadores operacionales modernos llegan al menos a 100 kHz. Un integrador necesita tener la resistencia paralela al capacitor al menos 100 veces el valor de la resistencia de entrada que no puede funcionar con un opamp 741 antiguo.
@Audioguru alguna sugerencia? TL071 no parece funcionar.
@James Logré crear una buena onda cuadrada gracias, pero aún no puedo obtener una onda triangular. Aumenté el C1 a 1u y R6 a 1M, reduje R3 a 4.7k y R4 a 10k, todavía no pasa nada.
@Tombeki Deje R4 a 100k para que no reduzca demasiado la entrada positiva al integrador por su efecto divisor con R3 (4k7). Además, si me informa la frecuencia de la onda sinusoidal (onda cuadrada), puedo determinar qué tamaño de amplitud de onda triangular debería obtener para ver si debe estar dentro de los rieles de suministro.
@James matemáticamente, la frecuencia debería estar alrededor de 15.9kHz. Cuando agrego un contador de frecuencia a la simulación, obtengo 1589 Hz. Obtengo una salida constante de 1.5V del integrador.
@Tombeki Parece que ahora obtiene resultados muy diferentes a los de las imágenes de su pregunta, antes de que el integrador pareciera estar saturando los rieles, ahora parece que la amplitud de la onda triangular es tan pequeña que no puede verlo , especialmente si la frecuencia es tan alta como 15,9 kHz. Me resulta difícil seguir el ritmo de tu progreso. Intente reducir el tamaño del condensador y vea si aparece la onda triangular. Quizás haya aumentado demasiado el tamaño del condensador.
Tenías razón, aumenté demasiado el condensador. Cambiar la frecuencia crea un recorte que no es deseado, aparte de eso, todo está bien :) Quiero hacer que la frecuencia sea ajustable, así que creo que puedo usar un potenciómetro en R6 para jugar con la amplitud del integrador. Aparte de eso, ¿qué opinas sobre un filtro de paso bajo para obtener la onda triangular?
@Tombeki Ajustar R6 solo alterará el desplazamiento de la onda triangular, no su amplitud. Podría tener varios capacitores en paralelo y solo cambiar uno a la vez. A medida que la frecuencia se reduce y la onda triangular se acerca al recorte, cambie un capacitor de mayor valor y la amplitud saltará a un valor más bajo. De esta forma, tendría varias bandas de frecuencia con un condensador para cada banda. Esto sería simple de implementar. Si filtra una onda cuadrada de paso bajo y deja pasar la frecuencia fundamental, obtendrá una onda sinusoidal.
El amplificador operacional TL071 tiene una resistencia de entrada muy alta, por lo que el valor de R6 se puede aumentar a quizás 3,3M y el valor de R4 se puede reducir a 10k para crear una buena forma de onda triangular.
@James, bueno, ya estoy usando ese método para cambiar la frecuencia de la onda sinusoidal, me temo que usar otro interruptor giratorio no será práctico. Por otro lado no se me ocurre ninguna otra opción. ¡Aunque hubo un momento para mi diseño en el que usé un filtro de paso bajo y obtuve una onda triangular! Que digas que no lo entendería ahora me confunde. Puedo compartir un enlace a una pregunta sobre el diseño anterior si desea ver, o simplemente puede encontrarlo en mi perfil.
@Tombeki Una resistencia única combinada con un circuito de condensador único configurado como filtro de paso bajo puede denominarse filtro de paso bajo. También se puede denominar integrador, que sería un nombre más apropiado en su aplicación en su pregunta de hace un par de meses. Entonces, el "filtro" RC todavía está integrando la onda cuadrada, es solo que un integrador RC de un solo polo será menos lineal que el integrador basado en amplificador operacional que ha estado usando más recientemente, especialmente para amplitudes de onda triangulares cercanas a la amplitud del ola cuadrada. (Curva de carga/descarga RC).
.... puede obtener interruptores de 4 polos y 4 posiciones que, para usted, puede valer la pena considerar.
.... Si filtras paso bajo (es decir, integras) una onda cuadrada con un filtro RC de una etapa, obtendrás una onda triangular razonable siempre que mantengas la amplitud de la onda triangular baja en comparación con la amplitud de la onda cuadrada. Si intenta aumentar demasiado la amplitud de la onda triangular, se distorsionará. La forma de mantener la amplitud baja es tener una frecuencia muy por encima de la frecuencia de corte del filtro de paso bajo. Este enfoque RC pasivo no será tan lineal como la integración basada en amplificadores operacionales. Si filtra la onda cuadrada con al menos 3 etapas RC, obtendrá una onda sinusoidal.

Dado que el contenido de la señal es puramente de CA, es posible que desee considerar el acoplamiento capacitivo de las etapas analógicas para eliminar la señal de CC (es posible que deba proporcionar una compensación de CC para que el capacitor centre la señal si los rieles que tiene no son de un solo lado)

  • un ejemplo de un solo lado = 0 a 5V; rieles dobles = ±5V
Lo siento, pero no estoy familiarizado con el acoplamiento de condensadores y la eliminación de los conceptos de "CC". ¿Puede explicar más por favor? Realmente quiero aprender.
La onda cuadrada del comparador se desvía y la onda cuadrada integrada no produce una onda triangular
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