題:
為什麼該LM324運算放大器不能再現高於特定頻率的信號?
Eric Urban
2018-08-01 07:12:16 UTC
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這樣的電路似乎不乏嘗試將R2R用作DAC和運算放大器的電路。放大器作為輸出緩衝區。這些對我來說很有意義,所以我決定嘗試構建一個。

enter image description here

我構造了一個稍微簡單的電路

schematic

模擬該電路 –使用 CircuitLab sup>

創建的示意圖

該電路使用來自LM324的單個運算放大器,該放大器以單位增益工作。封裝中的其他3個未連接。它由來自台式電源的正軌上的+12 VDC驅動。

“ 4.4k”(2R)電阻實際上只是串聯的兩個2.2k電阻。

D1-D4使用我編寫的波表直接數字合成器在atmega328p上運行。我不會談論太多,但是微控制器的工作電壓為+5 VDC,因此每條線為0或5 VDC。

R13,Q1和R14只是在電路驅動某種實際負載。該晶體管起著反相放大器的作用。

我本來省略了R10和R12。我得到了這樣的輸出。

enter image description here

  • CH1-黃色-DAC輸出
  • CH2-藍色-op。的輸出放大器。

以這種頻率,這是非常合理的。 enter image description here

  • CH1-黃色-DAC輸出
  • CH2-藍色-op。的輸出放大器。

這齣乎意料地產生了相移三角波。

這時我添加了R10和R12。

  • CH1-黃色-運算放大器的同相輸入。放大器。
  • CH2-藍色-op。的輸出放大器。

這將輸出電壓降低了一半,但輸出更加準確。理論上,可以使用運算放大器中的增益來彌補這一差異。

但是它仍然無法在更高的頻率下工作。

enter image description here

  • CH1-黃色-運算放大器的同相輸入。放大器。
  • CH2-藍色-op。的輸出放大器。

在這種情況下,它不僅會產生相位三角波,而且實際上永遠不會使其變為+2.5 VDC或接地。

以下是設置的實際照片:

enter image description here

由於我使用的是跳線和麵包板,因此DAC可以產生的實際頻率應該有一些上限。但是,我的示波器顯示的〜60 KHz並不是什麼大問題。LM324的數據手冊似乎暗示了1 MHz是運算放大器的實際上限。放大器以統一的收益。所示的輸出波形看起來像是運算放大器內部的晶體管。放大器飽和或類似的效果。我對運算放大器了解不足。

我是否可以對電路進行更改以使運算放大器從DC到60 kHz的輸出信號得到準確的再現?

我正在尋找LM324的數據表:

http://www.ti.com/lit/ds/snosc16d/snosc16d.pdf

五 答案:
Victor S
2018-08-01 07:30:58 UTC
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似乎您遇到了擺率限制,並且您的輸出呈現出所謂的“ 擺率引起的失真”-運算放大器的輸出擺幅受到擺率的限制,因此隨著頻率的增加,最大輸出擺幅的極限不會減小'擺幅引起的失真'-通常,運算放大器數據表具有“ 輸出擺幅與頻率”圖。

看看 LM324數據表圖6,根據共享的示波器捕獲,信號在圖中的位置(請參見下文)。理想情況下,您希望一直處於“曲線之下”。

如果您想了解有關轉換率的更多信息,請查看Precision Labs的運算放大器培訓中的“轉換率”系列。

enter image description here

好徹底的答案。簡明扼要。+1
Ale..chenski
2018-08-01 07:30:20 UTC
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LM324是一種古老而緩慢的OPA。正如您在自己的實驗中發現的那樣,它具有受限的“轉換速率”,不得超過0.5 V / us,這不允許跟隨大於1 MHz的大幅度信號變化。

enter image description here

您無法採取任何措施來提高壓擺率。您需要購買更快的運算放大器。

brhans
2018-08-01 07:31:45 UTC
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改為嘗試此數據表
請參閱第7頁上的表6.8-操作條件。
表中的第一個參數是“單位增益的擺率”。
這告訴您運算放大器的輸出可以移動多快,對於LM324,它的輸出為0.5V /μs-幾乎沒有負載(1MΩ|| 30pF)。

從示波器測量中可以看出,您看到的電壓約為0.2V至0.25V /μs-並非完全與負載無關。

DAS
2018-08-01 07:36:55 UTC
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一般的經驗法則是,運算放大器的全功率帶寬(上限)約為單位增益頻率的10%或更少。考慮一下。

單位增益表示在製造商指定的任何測試條件下,您達到的頻率充其量最多等於一個。這也不是全強度輸出。它只是意味著Vout = Vin處於某個值,該值遠小於全功率。

在100 KHZ下具有hFE為100且全電壓擺幅的晶體管可以在1 MHZ下輸出1 V p-p,輸入為1 V p-p。那是最好的。

“單位增益”一詞有點誤導,因為它表示可用的增益,但實際上它的增益已達到極限。對於具有規定增益的全功率輸出,請以單位增益的10%作為起點。

一些製造商會通過增益,頻率和負載等圖表來詳細說明。如果在數據表中有詳細信息,請閱讀這些詳細信息,它們將有助於弄清在滿功率情況下可以預期的可用增益-或不。

我要說的是,運算放大器的有用頻率範圍約為增益帶寬的1%。低精度應用的1.5%。
@RobertEndl。如果您包括全增益*和*全帶寬,那麼是的,您將獲得的只是單位增益的百分之幾。這也是假設THD較低。
analogsystemsrf
2018-08-01 09:34:47 UTC
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試試這個晶體管電路

schematic

模擬該電路 –使用 CircuitLab sup>

創建的示意圖

在Vout(約13pF左右)上使用標準的10X示波器探頭,您將擁有約3納秒(50,000,000赫茲)的帶寬。 調整R9以控制輸出電壓基線。

您可以將R3增加到220或330或430歐姆;在較高的電阻值下,當Vout接近1.0v時,集電極-基極電容將上升,並且建立速度會變慢。這樣就產生了高頻非線性行為(二次諧波失真),您將獲得和/差互調。僅用4位,我懷疑這對您來說是一個問題。但是您可以將更多的電阻放大至6或8位,並饋入預先罐裝的正弦和波形,然後在示波器或頻譜分析儀上檢查FFT。


性能增強:如果您可以將兩個電阻R1和R9的底部偏置至-0.2伏,則您的線性度將會提高,對於大的#位來說可能是可以檢測到的。請注意,邏輯輸入線上的負載是not一致的,這也會產生非線性。

使用差分電流轉向(可能與雙極性電流源和用於轉向的二極管開關一起使用)可減少非線性。在某個時候,您已經從Precision Monolithics Corp.製造了昂貴的DAC08,但帶寬為20MHz至50MHz。檢查該數據表。

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac0800.pdf

Q1和Q2是否需要匹配(電流增益等)?電流增益(βF/ hFE)的20%差異如何影響該電路?
除非您需要極高的溫度穩定性,否則該電路將不可動搖-4mA / 10mA的比率可忽略Beta誤差。在最大電阻下,R9兩端的0.4伏特壓降允許插入隨機晶體管,即使功率器件相對於小信號也是如此。如果確實需要溫度穩定性,請考慮在同一芯片上具有5個器件的Harris / Intersil CA4046或類似的晶體管陣列。


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