Problem mit einem Relaxationsoszillator (mit Operationsverstärker)

Ich studiere einen Entspannungsoszillator. Diese Wikipedia-Schaltung zeigt genau meine Schaltung mit dem einzigen Unterschied, dass ich für jeden Widerstand unterschiedliche Werte verwende.

Schaltkreis

Ich nannte den Widerstand R denjenigen, der den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und seinen Ausgang verbindet, R1 denjenigen, der den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und die Masse verbindet, und R2 den letzten.

Ich habe ein Oszilloskop verwendet, um die Frequenz der Ausgangswelle zu messen. Das Seltsame ist, dass ich Frequenzen immer niedriger messe als erwartet. Ich habe die erwarteten Häufigkeiten mit dieser Formel berechnet:

F = 1 2 R C l N ( 1 + k 1 − k )
Wo
k = R 1 R 1 + R 2
Kann mir jemand erklären, warum ich immer niedrigere Frequenzen bekomme als erwartet? Ich habe auch versucht, die Widerstände und Kondensatorwerte zu ändern, aber ich habe wieder niedrigere Frequenzen als erwartet. Ich verwende einen Operationsverstärker TL081, Widerstände von 500 Ohm bis 46 kOhm und Kondensatoren von 45 nF bis 1,7 Mikrofarad.

Antworten (2)

Ihre Formel ist so geschrieben, dass davon ausgegangen wird, dass Vdd und Vss in Bezug auf Masse symmetrisch sind. Wenn dies nicht zutrifft – Sie verwenden z. B. nur eine einzige Stromversorgung mit geerdetem Vss – gilt diese Formel nicht.

Wenn Sie diese Schaltung mit einer einzelnen Versorgung (oder asymmetrischen Versorgungen) verwenden möchten, müssen Sie das geerdete Ende von R1 mit einer "virtuellen Masse" bei (Vdd + Vss) / 2 verbinden. Tatsächlich können Sie R1 einfach in zwei separate Widerstände mit dem doppelten Wert aufteilen und einen zwischen R2 und Vss und den anderen zwischen R2 und Vdd anschließen.

Danke für die Antwort. Du hast Recht David. Aufgrund meiner Faulheit habe ich nicht die vollständige Formel geschrieben, die ich verwendet habe. Das hier ist das Komplette:
F = 1 R C ( l N ( v S 1 − k v S 2 v S 1 ( 1 − k ) ) + l N ( v S 2 − k v S 1 v S 2 ( 1 − k ) ) )
wobei Vs1 die maximale positive Spannung ist, die von der Ausgangswelle erreicht wird, und Vs2 die minimal erreichte negative Spannung ist. Glauben Sie, dass das Anschließen des Oszilloskops an den Ausgang der Schaltung das Verhalten der Schaltung selbst beeinflusst haben könnte?
Oszilloskop sollte keine Wirkung haben.
Ihre zweite Formel sieht für mich nicht richtig aus. Ich bekomme: F = 1 R C ( l N ( v S 1 − k v S 2 v S 1 ( 1 − k ) − k v S 2 ) + l N ( v S 2 − k v S 1 v S 2 ( 1 − k ) − k v S 1 ) )
Bist du dir sicher? denn wenn Sie Vs1=-Vs2 betrachten, sollten Sie die ursprüngliche Formel erhalten (die, die ich in der Frage geschrieben habe). Wenn Sie in Ihrer Formel Vs1 durch -Vs2 ersetzen, erhalten Sie ein anderes Ergebnis
Ja, du hast Recht. Ich habe meinen Fehler gefunden. Ihre Version der vollständigen Formel ist korrekt. Also, um wie viel weichen Ihre Messungen ab? Du hast nie gesagt.
ungefähr 14% Dave.. Ich glaube, ich vermisse etwas, aber mir fällt nichts Gutes ein
Was ist in diesem Fall die tatsächliche Toleranz der von Ihnen verwendeten Widerstände und Kondensatoren? Hast du ihre Werte direkt gemessen?
Nun, alle Maßnahmen sind kompatibel. Ich meine, dass das Maß plus das Zweifache des geschätzten Fehlers größer ist als der erwartete Wert minus das Zweifache des für diesen Wert berechneten Fehlers. Ich weiß nicht, ob ich mich erklärt habe :P. Jedenfalls ist die merkwürdige Tatsache für mich nicht der Fehler selbst, sondern die Tatsache, dass alle 12 Maßnahmen über dem erwarteten Wert liegen. Es gibt keine höheren Frequenzen als erwartet. Es sieht nach einem systematischen Fehler aus
Ich habe vergessen: Alle Werte der Widerstände wurden direkt gemessen
Was ist mit den Kondensatoren? Wenn Sie kein zusätzliches Geld ausgeben, liegen sie wahrscheinlich bestenfalls bei +/- 20 %, und die Hersteller neigen dazu, sich auf der hohen Seite zu irren.
Entschuldigung für die späte Antwort ... Ich wusste nicht, dass die Kondensatoren so einen großen Fehler haben! Wie auch immer, das Problem ist, dass Sie normalerweise im selben Experiment einige Ergebnisse erhalten, die höher als erwartet sind, andere niedriger. Ich bekomme nur niedrigere Ergebnisse...

Verwenden von Danieles Konvention aus Kommentaren:

k = R 1 R 1 + R 2

v S 1 Und v S 2 sind die maximale bzw. minimale Ausgangsspannung und v T H Und v T l der oberen bzw. unteren Schwelle erhalte ich folgende Gleichungen:

{ ( v T H − v S 2 ) e − T 1 / ( R C ) = v T l − v S 2 ( v S 1 − v T l ) e − T 2 / ( R C ) = v S 1 − v T H

welche, lösen für T 1 Und T 2 gibt

{ T 1 = R C ⋅ l N ( k ⋅ v S 1 − v S 2 ( k − 1 ) v S 2 ) T 2 = R C ⋅ l N ( k ⋅ v S 2 − v S 1 ( k − 1 ) v S 1 )

Dann ist die Frequenz

F = 1 T 1 + T 2 = 1 R C [ l N ( k ⋅ v S 1 − v S 2 ( k − 1 ) v S 2 ) + l N ( k ⋅ v S 2 − v S 1 ( k − 1 ) v S 1 ) ]

was anders ist als Dave bekam.



Dave erwähnt 20 % Toleranz für Kondensatoren. Das ist bei Elektrolyten üblich (ihre obere Toleranz kann sogar bis zu 50 % betragen), aber erschwingliche Keramiken wie X5R und X7R gibt es mit 10 % Toleranz.

Sie haben das Problem falsch eingestellt. In der zweiten Ihrer ersten beiden Gleichungen sollte die RHS Vs1-Vtl sein, nicht Vth-Vtl. Und ich habe nicht gesagt, dass es keine Kondensatoren mit besserer Toleranz gibt, nur dass die Jellybean-Teile, die wahrscheinlich im Labor herumliegen, wahrscheinlich 20% betragen. @Daniele sollte sie messen; Die meisten Multimeter sind heutzutage in der Lage, Kondensatoren zu messen.
Eigentlich habe ich mich vertan. Es sollte Vs1-Vth sein.
Problem mit einem Relaxationsoszillator (mit Operationsverstärker)
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