Entwerfen eines Relaxationsoszillators mit TL074

Ich habe versucht, einen Entspannungsoszillator mit einem TL074-Operationsverstärker zu entwerfen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Für einen idealen Operationsverstärker sollte dies eine Rechteckwelle mit Frequenz erzeugen

F = 1 2 ln ⁡ ( 3 ) 100 ⋅ 10 − 12 ⋅ 200000 ≈ 22.7 k H z

Wenn ich dies auf LTspice mit dem Gewürzmodell von TI ausführe, erhalte ich eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 20,5 kHz.

Meine Frage ist, wie gehe ich bei der Auswahl der richtigen Kondensator- / Widerstandswerte vor, wenn ich die realen Eigenschaften von TL074 berücksichtige, damit die Schaltung eine Frequenz von 22 kHz erreicht?

Wie genau sind übrigens Ihre Widerstands- und Kondensatorwerte?
Ich weiß nicht, ob LTspice ein korrektes Modell des TL074 hat. Wenn dies nicht der Fall ist, sehen Sie sich den maximalen Spannungshub an, den der Chip erzeugen kann.
Ich denke, die niedrigere Frequenz wird durch die Unsymmetrie der Ausgangsspannung verursacht. Dieses Problem kann vermieden werden, indem R2 über eine große Kappe mit Masse verbunden wird (Bauchgefühl: 10 μF)
@MichaelKarcher Das ist interessant. Was ist der Grund für die Asymmetrie der Ausgangsspannung und wie hilft der Kondensator dabei, sie auszugleichen?
Das TL074-Datenblatt zeigt eine symmetrische Pufferstufe, aber die präzise Verstärkerstufe ist asymmetrisch. Dies kann dazu führen, dass sich die maximale positive Ausgangsspannung in der Größe von der maximalen negativen Ausgangsspannung unterscheidet. Die von Ihnen angegebene Zeitformel ist nur dann genau, wenn R2 an die durchschnittliche Ausgangsspannung angeschlossen ist. Ein Kondensator würde sich langsam auf diese Durchschnittsspannung aufladen. Aber ich habe die Wirkung der potenziellen Asymmetrie bei weitem überschätzt, siehe meine Kommentare zur Antwort.

Antworten (1)

Ein idealer Operationsverstärker schwingt den Ausgang in Nullzeit, der TL074 benötigt eine endliche Zeit zum Schwenken, und diese zusätzliche Zeit wird der Periode hinzugefügt, was zu einer niedrigeren Ausgangsfrequenz führt.

Leider gibt der Verstärker keine genaue Anstiegsgeschwindigkeit an, sondern nur eine typische, sodass eine Korrektur für diesen Effekt nicht exakt ist. Aber eine nominelle Korrektur ist besser als nichts.

Sie könnten die Anstiegsgeschwindigkeit etwas verbessern, indem Sie die Eingangsübersteuerung erhöhen, indem Sie einen kleinen Kondensator parallel zu R3 schalten, dieser 100k-Widerstand lädt den Eingangsanschluss ziemlich langsam auf und verschwendet einen weiteren Bruchteil eines US. Sie möchten eine Zeitkonstante von nur wenigen uS mit 100 k, nur 10 pF oder so, da sie sich am Ende des Halbzyklus eingependelt haben sollte, damit der DC-Pegel zum Auslösen des anderen Halbzyklus korrekt ist.

Ein idealer Operationsverstärker schwingt auch von Schiene zu Schiene, was beim TL074 nicht der Fall ist. Dies spielt keine Rolle, da die Ausgangsspannung sowohl die RC-Zeitkonstante als auch die R2/R3-Vergleichsspannung antreibt, sodass sich die exakte Ausgangsspannung aufhebt.

Natürlich! Ich habe vergessen, die Slew-Rate zu berücksichtigen! Danke für den Einblick.
Die Aufhebung des begrenzten Schwungs funktioniert nur, wenn der negative und der positive Ausgang die gleiche Größe haben. Nehmen Sie als exaggregiertes Beispiel den Extremfall +3V/0V. Die Entladung würde niemals abgeschlossen werden.
@MichaelKarcher Ich neige dazu, Ihren Beitrag ernst zu nehmen, da diese Seite voller Noobs ist, die versuchen, 741er mit 5-V-Schiene zu betreiben, deren Ausgänge genau das tun, was Sie sagen. Ich denke jedoch, wir können uns darauf einigen, dass ein tl074 mit einer 12-V-Schiene, die nicht über die Mittelschiene gelangt, ein defekter oder kurzgeschlossener tl074 ist.
@Neil_UK natürlich kann ein TL074 bei +/- 6 V unter 0 V kommen. Deshalb sagte ich, das Beispiel sei exaggregiert. Der Effekt, dass eine Hälfte des Zyklus verlangsamt und die andere Hälfte beschleunigt wird, wobei die Verlangsamung größer ist als die Beschleunigung, tritt bereits bei niedrigeren Asymmetrien wie +4,5/-4,0 V auf. Der positive Zyklus von -2 bis +2,25 bei 4,5 V dauert l N ( 2.889 ) R C $ , T H e N e G A T ich v e C j C l e T A k e S $ l N ( 3.125 ) R C $ . T H e e F F e C T ich S ich N F A C T A N ich N C R e A S e Ö F T H e P e R ich Ö D , B u T ICH Ö v e R e S T ich M A T e D T H e e F F e C T : T H e S e v A l u e S J u S T C A u S e A 0,1 %\$ Verlangsamung.
Entwerfen eines Relaxationsoszillators mit TL074
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