Kickstarten eines Opamps zum Oszillieren?

Ich habe viele verschiedene Variationen von Operationsverstärker-Oszillatoren gebaut, bin aber auf ein wiederkehrendes Problem gestoßen, das sich in diesem VCO-Schema wieder manifestiert hat:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich finde, dass ich beim Einschalten meiner Stromversorgung etwa eine halbe Sekunde lang eine Wellenformausgabe bekomme und dann sofort abschalte. Ich habe ein Potentiometer als Spannungsteiler verwendet und es scheint zu funktionieren. (Versorgung ein- und wieder ausschalten und der Tonhöhe der Welle lauschen). Ich betreibe die verschiedenen Schaltkreise von einer +/- 12-V-Versorgung mit einer dritten Masseverbindung und habe versucht, TL072- und TL082-Operationsverstärker zu verwenden, aber ohne Erfolg.

Das Problem: Wenn ich Operationsverstärker-Oszillatorschaltungen baue (anders als Schmitt-Trigger-Oszillatoren, die jedes Mal perfekt funktionieren), finde ich, dass sie „Starthilfe“ benötigen, um mit dem Oszillieren zu beginnen, stoße ich immer wieder auf Probleme, bei denen die Frequenz dauerhaft zu hoch eingestellt wird. schaltet den Oszillator aus", sinkt die Tonhöhe des Oszillators langsam, um die Ausgabe vollständig zu stoppen, und die oben genannten Probleme.

Die Frage: Gibt es eine gemeinsame Verbindung/Problem mit Operationsverstärkerschaltungen, die diese Probleme verursachen? Wenn sie simuliert werden, geben alle Schaltungen die richtige Wellenform aus, scheinen jedoch vollständig funktionsunfähig zu sein, wenn sie tatsächlich gebaut werden. Warum funktioniert ein Schmitt-Trigger-Operationsverstärker-Oszillator jedes Mal perfekt, während andere es nicht tun? Worauf verlassen sich andere Oszillatoren (z. B. ein Dreiecks- / Sägezahnoszillator) im Gegensatz zu einem einfachen Rechteckwellen-Relaxationsoszillator?

Antworten (3)

Ihr Hauptproblem ist das NPN Vce(sat) . Obwohl dies nahe bei 0 V liegt, wenn das Steuer-V näher bei 0 liegt, fällt die Frequenz und es stoppt

Dieses Thema wurde in diesem Forum schon oft diskutiert, aber ich biete neue Verbesserungen an. Themen:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Einzelversorgung

Vout muss <<0,5 V zu NPN sein, andernfalls fügen Sie 1K über Vbe hinzu oder verwenden Sie einen beliebigen NFET.

Der Signalpegel kann durch Reduzieren des positiven Rückkopplungsverhältnisses von 2:1 auf 1:10 verstärkt werden

  • zB Rf/Rin+=1M:100k mit 1M bis Vcc/2 oder 2M Pullup und 2M Pulldown.
    Dies ergibt eine 10-V-Schwingung an einer einzelnen 15-V-Versorgung, die bei Vcc/2 zentriert ist.

Geteilte Versorgung.

Vout darf Reverse Vbe max von -5 V nicht überschreiten. Es ist besser, hier einen NFET zu verwenden.

  • Ändern Sie +5 V Vref auf 0 V für Symmetrie

Beide Konfigurationen oben

  • Vcontrol wird in allen Fällen mit Vbe ref to gnd zu Vcc*2 minus Headroom oder Vcm max.

  • Wenn die Steuerspannung = 0 V ist, hört sie auf zu oszillieren, was nicht schwer zu vermeiden ist, prüfen Sie die Eingangsoffsetspannung.

  • Verwenden Sie einen beliebigen NFET anstelle eines NPN

  • Victor hebt einen guten Punkt mit den Eingangsdioden hervor, aber die Vin+ Eingangswiderstände begrenzen den Eingangsstrom, also ist dies für LM358 in Ordnung, weil wir beim Clipping als Komparator mit 0 Verstärkung arbeiten. Andernfalls können die CMOS-OpAmps-Differenzeingänge auf einem Minimum gehalten werden, indem 100k-Reihen-R-Eingänge angepasst und Schutzdioden hinzugefügt werden.

  • Hinzufügen einer Reihe von 100 K zum Ausgleichen der Eingangs-Z- und Offset-Spannung für eine bessere Symmetrie des Eingangsvorspannungsstroms.

Das funktioniert, aber jetzt habe ich ein anderes Problem, der Dreiecksausgang hat eine sehr niedrige Frequenz. Ich finde, dass es je nach Wert höher / niedriger wird, wenn er durch einen Kondensator geleitet wird. Ich bemerke auch, dass (ich habe zwei Kondensatoren zwischen der +/- Spannung und Masse) wenn ich die Werte des Leistungskondensators ändere, es sich ändert. Welche Einrichtung ist erforderlich, um den gleichen Frequenzbereich für jeden Wellenausgang sicherzustellen?
@NBoss Das Erhöhen der Amplitude mit 1M auf Vref ist nicht unbedingt erforderlich, nur rückgängig zu machen, aber das 1 / RC-Produkt ist proportional zu f
Entkopplungskappen zu V+, V- sollten keine Wirkung haben, es sei denn, es gab eine DC-Welligkeit. Der f-Steuerbereich ist exponentiell niedrig f nahe dem 0-Bereich, also betrachten Sie den NPN als Rauschunterdrückung oder begrenzen Sie die V-Steuerung von 0,1 bis 2 * Vcc-2 V
tinyurl.com/ycm3f5lt hier +/-5 V mit 100 k 5 nF erhält 750 Hz bis 15 Hz bei 5 bis 0,1 V, aber die Integration von 0,1 bis 0 V geht zu sehr niedrigen Frequenzen. nur durch Drift und Offset begrenzt. Bei NPN schaltet es also ab, aber bei einem MOSFET ist es nur durch echte Eingangs-Offsets und Rauschen bei der Versorgung begrenzt. Da das Integral von 0 V theoretisch die Frequenz 0 ist. irgendwelche Fragen?
EE rocketscience etwas SEHR Seltsames passiert, ich finde, wenn ich die Ausgangsschiene an mein Oszilloskop anschließe, ist es eine perfekte Dreieckswelle und hat einen sehr breiten Frequenzbereich, genau wie die Rechteckwelle. Wenn es jedoch an einen Lautsprecher angeschlossen ist, klingt es wie eine einheitliche Frequenz, die durch einen VCF geleitet wird (dh der Knopf steuert die Grenzfrequenz, nicht die Frequenz), selbst wenn ich den Kondensator umgehe, hat es den gleichen Effekt. Wie ist es möglich, dass Lautsprecher und Kopfhörer das Signal verzerren?
Operationsverstärker können keine Lautsprecher ansteuern, es sei denn, sie werden erneut mit komplementären Emitterfolgern oder Darlington-Emitter gepuffert. Follower und Feedback-Schleife
Ah ja! Ich habe es durch einen Spannungsfolger gesteckt und es funktioniert jetzt, die Welle klingt ein wenig aus, muss ich einen RC-Filter in die Pufferschaltung einbauen?
Ein Audioverstärker könnte auch dazu beitragen, mehr Strom zu treiben

Die meisten OpAmps sind nicht als Komparatoren gedacht, da viele „Klemmdioden“ zum Schutz in ihren Eingangsstufen haben, was in diesem Anwendungsfall zu einem Problem werden kann, es gibt einige Ausnahmen wie LM358 und das allseits beliebte ua741 , während Op Verstärker wie TL072 haben sie ( Sie können erkennen, dass das Datenblatt den Klemmstrom angibt ), aber denken Sie daran, dass die Hersteller dies normalerweise nicht immer angeben .

                  Eingangsdiodenklemmen in Operationsverstärkern

Man kann sich einen Schmitt-Trigger auch als 'Specialized OpAmp Circuit' vorstellen, der unter anderem keine 'Clamp Diodes' am Eingang hätte. Sie können eine meiner anderen Antworten lesen, in der ich viel mehr Details darüber erläutere, wie der Schmitt-Trigger mit einem OpAmp entwickelt wurde .

                              Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine andere zu beachtende Sache ist, dass Oszillatoren von einer „Closed Loop Gain“ des Systems abhängen, und während ein idealer OpAmp eine konstante „Closed Loop Gain“ bis unendlich hat, haben echte Operationsverstärker dies nicht, weil sie durch die „Open Loop“ begrenzt sind Gain' , es könnte der Fall sein, dass Sie in Ihren Simulationen einen idealen OpAmp verwenden, oder das Modell könnte vollständig genau sein oder nicht.

  Schwingungen

Schließlich ist es wahrscheinlich, dass, wenn Sie die Frequenz erhöhen, die „Closed Loop Gain“ kleiner als eins wird, an welchem ​​Punkt Sie einen „Damp Oscillator“ haben, wodurch die Oszillation schließlich abklingt.

                      Gedämpfte Oszillatoren

Wenn Sie mehr Details wünschen:

Der TL072 als JFET-Eingangsverstärker hat keine Back-to-Back-Dioden über den Eingängen. Das sind normalerweise bipolare Operationsverstärker, z. LM308A mit Super-Beta-Transistoren. CMOS-Operationsverstärker und die meisten anderen werden an eine oder mehrere Versorgungsschienen geklemmt, jedoch nicht über die Eingänge. Selbst wenn dies der Fall wäre, würde diese bestimmte Schaltung immer noch ordnungsgemäß funktionieren (wenn dies das einzige Problem wäre, was nicht der Fall ist). Der Klemmstrom von -50 mA ergibt sich, wenn Sie zulassen, dass der Eingang unter die negative Versorgungsschiene fällt. Viele Operationsverstärker mit Back-to-Back-Dioden haben interne Widerstände, die eine große Differenzspannung, aber erhebliche Stromflüsse zulassen
„JFET- und CMOS-Verstärker, die mit höherer Spannung (größer als 20 V oder so) betrieben werden, können Klemmen haben oder auch nicht. Dies ist eine fragwürdige Behauptung, die mehr Überprüfung erfordert. Die Eigenschaften des Prozesses und die jeweils verwendeten Transistoren bestimmen, ob Klemmen intern vorhanden sind ." Quelle: e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2012/03/14/…
Die TL071/72 haben keine solchen Klemmen. Die differenzielle Eingangsspannung beträgt +/-30 V. Im Allgemeinen haben Sie Recht, auf diese Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Komparatoren hinzuweisen, jedoch ein weiterer Grund, warum das Ersetzen von Operationsverstärkern nicht auf die leichte Schulter genommen werden sollte. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Beispielschaltungen aus Anwendungshinweisen und Datenblättern zutreffen, die dazu neigen, Merkmale des jeweiligen Produkts zu verwenden, die es von anderen Konkurrenzprodukten unterscheiden können.
Obwohl für "Barkhausen-Kriterien"-Oszillatoren gültig, ist dies nicht der Fall. Es ist ein Relaxationsoszillator, der auf Hysterese und negativer Integrationsrückkopplung basiert. Die Barkhausen-Analyse trifft also nicht zu, noch gewinnt die Schleife an Stabilität. Das Problem ist die Steuerspannung niedriger als Vce(Sat) 30 mV oder so, Eingangs-Offset oder falsche Vref, die alle zur Asymmetrie beitragen. Also gute Info, aber nicht relevant. mit Ausnahme der JFET-Typen außerhalb des differenziellen Eingangsbereichs

Diese spezielle Schaltung sollte völlig störungsfrei sein - in der Simulation oder im wirklichen Leben. Es ist nur ein Integrator und Schmitt-Trigger.

Es hört sich jedoch so an, als hätten Sie einen anderen Operationsverstärker ersetzt, der keine "Einzelversorgung" ist. Je nach Ausgangshub und Eingangsgleichtaktbereich kann es leicht unzuverlässig sein.

Sie benötigen auch den V+/2, der durch Aufteilen der 51K in einen Teiler von zwei 100K-Widerständen erzeugt werden kann.

Ich denke, seine Probleme im wirklichen Leben sind Versorgungswelligkeit, Vce (sat) und sollten nicht in der Nähe von Vcntrl < 0,05 V verwendet werden, da dies die Einschränkung des Designs für die Verwendung bei sehr niedrigen Frequenzen ist und möglicherweise nicht wünschenswert ist. Frequenzänderungen im Grobbereich sollten mit Integrationskappe erfolgen. Für eine geteilte Versorgung muss V+/2 ref gnd sein. Dieses Lehrbuch-App-Beispiel wurde für die Einzelversorgung entwickelt.
@TonyEErocketscientist Mit dieser Schaltung können Sie auf etwa 10-15 mV herunterfahren. Ersetzen Sie den BJT durch einen 2N7002 und Sie können noch weiter nach unten gehen. Aber er sieht, dass es nicht mehr funktioniert, und dies ist die einzig plausible Erklärung - wahrscheinlich schaltet sich der Transistor nicht vollständig aus oder so etwas bei einem Operationsverstärker ohne Einzelversorgung. Es ist übrigens kein Lehrbuch, es stammt direkt aus dem Datenblatt von National Semiconductor für den LM324, der eine Fülle nützlicher Anwendungen bietet. Hier ist es mit dem Namen des neuen Besitzers oben drauf (Abbildung 33).
Ich habe Ende der 70er Jahre jedes NSC-Datenbuch und alle App-Notizen aus Taschenbüchern gelesen. In der Praxis ist ein VCO-Bereich von 100:1 ausreichend. Theoretisch ist es nur begrenzt, dass mein Offset und Rauschen 15 V / 100 = Vc = 0,15 V für Vmin angemessen sind. 10 mV bringen Sie also auf einen nicht sinnvollen Audiobereich von Klicks
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