Der Filterkondensator fügt nur Rauschen in einem Schienensplitter hinzu

Angenommen, ich muss einen sehr rauscharmen Signalinvertierungsschaltplan erstellen. Dafür habe ich mir das folgende Schema ausgedacht - der U2 ist ein rauscharmer Operationsverstärker in einer invertierenden Konfiguration, und der Schaltplan um U1 herum ist ein Rail-Splitter, der normalerweise in Gitarrenpedalen zu sehen ist - er liefert den "Grund" -Pegel für den U2. Dadurch wird eine unipolare Stromversorgung in eine bipolare umgewandelt.

Das Problem ist, dass die Simulation zeigt, dass das Entfernen des C2-Filterkondensators die Rauscheigenschaften aus irgendeinem Grund drastisch verbessert. Wenn C2 angeschlossen ist, gibt es eine sehr deutliche Spitze bei etwa 20 kHz, während das Entfernen die Spitze entfernt (Grafiken sind auch unten gezeigt).

Die Frage ist also: Was verursacht diese Spitze? Warum kann ich keine zusätzliche Filterung mit dem C2-Kondensator hinzufügen (selbst das Datenblatt des Rail-Splitters TLE2426 schlägt vor, nur den C1-Kondensator zu belassen)? Es verbessert nicht einmal die Rauscheigenschaften im Frequenzbereich von ~ 1 kHz, also was ist der Sinn darin? Bei Gitarrenpedalen sind die Geräuscheigenschaften nicht so wichtig, aber warum ist es dann in Gitarrenpedalen vorhanden, wenn es die Eigenschaften bei keiner Frequenz verbessert? Irgendwelche Vorschläge, ob ich den C2-Kondensator in meinem Fall entfernen sollte oder wie ich den Schienensplitter neu implementieren sollte?

PS Wenn es nicht klar ist: Ich habe für beide Tests das gleiche Schema verwendet, der einzige Unterschied ist der C2-Kondensator. In beiden Fällen habe ich den unten gezeigten vollständigen Schaltplan sowohl mit U1 als auch mit U2 getestet, dies sind keine separaten Schaltpläne! Ein- und Ausgang sind der U2-Ein- und Ausgang, U1 liefert nur die Mid-Rail-Spannung. Ich habe gerade versucht, den C2-Kondensator aus diesem Schaltplan zu entfernen.

Schaltplan und Grafiken

Antworten (2)

Wie @brhans sagte, werden die meisten Operationsverstärker in der Einheitsverstärkungskonfiguration instabil, wenn sie eine kapazitive Last treiben. Das ist der Fall, wenn Sie große 10uF C2 setzen. Laut TL072-Datenblatt gibt es einen 128-Ohm-Ausgangswiderstand, der in Verbindung mit C2 eine RC-Schaltung bildet. Es bewirkt eine zusätzliche Phasenverschiebung, die bei einer bestimmten Frequenz negative Rückkopplung in positive umwandelt, was zu Schwingungen führt. Warum möchten Sie C2 verwenden?

Wenn der Zweck darin besteht, Rauschen zusätzlich zu filtern, verwenden Sie, wie @brhans vorschlägt, einen Widerstand in Serise mit C2. Ja, es erhöht den DC-Ausgangswiderstand des Splitters, aber es entkoppelt große Kapazitäten von der Rückkopplungsschleife und entfernt Schwingungen. Sie können auch einen Operationsverstärker auswählen, der „unbegrenzte kapazitive Lasten treiben kann“, z. B. AD826.

Ich denke, dass C2 notwendig ist, um induziertes Rauschen zu eliminieren, nicht wahr? Der niederohmige Widerstand in Reihe mit dem C2 scheint das Problem für mich zu lösen, ist jedoch keine perfekte Lösung. AD826 lässt übrigens immer noch die Spitze erscheinen, aber bei einer Frequenz von 300k statt 20k. Immer noch keine perfekte Lösung.
@ sx107, was ist "induziertes Rauschen"? Meiner Meinung nach filtert C2 das vom U1-Operationsverstärker erzeugte Rauschen (AD826 hat übrigens ein geringeres Spannungsrauschen als TL072). Wenn es nicht notwendig ist (Rauschen bereits akzeptabel für die Anwendung und Last erzeugt keine Stromimpulse), verwenden Sie C2 überhaupt nicht. Ich denke auch, dass die Spitze bei 20 kHz (oder bei 300 kHz) als Simulationsartefakt erscheinen kann. Nichtsdestotrotz neigen die meisten Operationsverstärker in Einheitsverstärkungskonfiguration dazu, zu oszillieren, wenn sie durch eine große Kapazität belastet werden. Echte Messungen lohnen sich also.

Diese Kappe ist möglicherweise sehr wichtig, da sie die Auswirkung von Rauschen auf die Stromversorgungsleitung reduziert. Im schlimmsten Fall, wenn der Ausgang der Schaltung eine Hochleistungslast ansteuert, kann das gesamte System oszillieren, da die Wirkungen des Ansteuerns der Last in den Eingang zurückgekoppelt werden.

Was die Geräuschentwicklung angeht, habe ich keine Ahnung. Es wäre jedoch außerordentlich schön, wenn Sie die beiden Schaltungen mit demselben Operationsverstärker und derselben Schaltung betreiben würden. Das heißt, Inverter vs. Inverter oder Follower vs. Follower. So wie es aussieht, sind Ihre Ergebnisse nicht direkt vergleichbar.

Für mich sieht es so aus, als würden wir den TL072 aufgrund der großen kapazitiven Last instabil und oszillierend sehen. Ich würde eine solche scharfe Spitze nicht als "Rauschen" bezeichnen.
@brhans Ich habe diesen Schaltplan mit verschiedenen Operationsverstärkern und mit dem TLE2426-Rail-Splitter-IC getestet. Die Ergebnisse sind die gleichen, das Hinzufügen eines Kondensators zwischen Masse ("negative Schiene") lässt diese Spitze erscheinen. Ich habe es gerade mit einem LM317-Regler getestet und die Spitze erscheint in diesem Fall nicht, aber das liegt vielleicht daran, dass Proteus LM317 als idealen Regler simuliert.
@WhatRoughBeast Ich habe für beide Fälle das gleiche Schema getestet, U1 liefert nur die Mittelschienenspannung. Der einzige Unterschied ist der Kondensator C2. U1 und U2 bilden den vollständigen Schaltplan, mit oder ohne C2-Kondensator.
@ sx107 - viele (die meisten?) Operationsverstärker mögen es nicht, große kapazitive Lasten direkt anzutreiben. Wenn Sie C2 haben müssen, würde ich einen Widerstand zwischen ihm und dem Operationsverstärker vorschlagen - vielleicht 10R oder so.
@brhans Verringert das nicht den Ausgangswiderstand des Schienensplitters? Bei diesem Schema ändert sich nicht viel, aber wenn ich zum Beispiel einen RC-Filter verwende, wird es die Frequenzeigenschaften stark beeinflussen.
@ sx107 - es erhöht den Ausgangswiderstand, und ja, das macht es weniger "ideal". Aber es wird den Operationsverstärker glücklicher machen.
@ sx107 - Eine wahrscheinliche Manifestation von "ich mag es nicht, große kapazitive Lasten direkt anzutreiben" ist Oszillation, der Sie sicher zustimmen werden, dass sie überhaupt nicht gut ist.
Der Filterkondensator fügt nur Rauschen in einem Schienensplitter hinzu
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