Sinuswellenverzerrung in einer einfachen Operationsverstärkerschaltung - Bypass-Kondensator?

Ich habe hier aus dem UCSB-Labor eine einfache Puffer-Operationsverstärkerschaltung mit Einheitsverstärkung gebaut , mit einer 12-V-Stromversorgung und einer 1-V-, 1-kHz-Eingangssinuswelle.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Alles scheint gut zu laufen - außer dass die Ausgangssinuswelle einen Abfall im unteren Teil des Signals hat, der beginnt, wenn Sie die Schaltung für ein paar Sekunden in Ruhe lassen. Hier ist ein gif, das ich aus dem Problem gemacht habe (YouTube hier ):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Signal bleibt auf unbestimmte Zeit in dem seltsamen angehobenen Zustand, aber wenn ich die Leitungen des +V-Bypass-Kondensators kurzschließe, kehrt das Signal zu einer normalen Sinuswelle zurück. Wenn ich die Leitungen des -V-Bypass-Kondensators kurzschließe, wechselt das Signal in den angehobenen Zustand.

Dies scheint mir ein Problem mit den Werten der Bypass-Kondensatoren zu sein (derzeit 104 oder 0,01 uF). Ich weiß, dass ich früher mit der Schaltung herumgespielt habe, dass zwei 0,0001-uF-Bypass-Kondensatoren die Sinuswellen einfach nicht vollständig "füllen".

Ist etwas falsch verkabelt? (Ich habe alle Erdungen miteinander verbunden ... ist das gut?) Sind 0,1 uF einfach nicht groß genug für die Bypass-Kappen? Oder sollte ich irgendwo einen Widerstand hinzufügen? Wenn ja warum?

EDIT 16.11.15:

Hier ist mein Schuss auf eine funktionierende Schaltung. Ist das empfehlenswert?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Wie wäre es mit einem genauen Schaltplan von dem, was Sie gebaut haben?
741 ist nicht Rail-to-Rail. Der V- benötigt möglicherweise eine leicht negative Spannung, damit der Ausgang ganz auf Null sinken kann.
Ich denke, Ihr nächster Schritt besteht darin, Oszilloskopsonden an beiden Versorgungsspannungen hinzuzufügen, um zu sehen, ob sie stabil sind oder zusammenbrechen, wenn dies geschieht.
@Andyaka Ich habe einen vollständig ausgearbeiteten Schaltplan hinzugefügt. Unten befindet sich die Masseebene, an der die Klemmen des Oszilloskops, die Bypass-Kondensatoren und die positive Frequenzgeneratorleitung angeschlossen sind.
@KishoreSaldanha Ich bin mir nicht sicher, was du meinst. Warum unterscheiden sich +12 und 0 von +6 und -6?
@BrianDrummond Ich habe ein Multimeter angeschlossen und es zeigt 12,23 V an. Soll ich mir auch die Welle der Versorgungsleitung ansehen?
Das ist kein Einheitsverstärkungspuffer und Ihre Versorgungen schweben in Bezug auf das O-Scope und den Signalgenerator.
Ihr OPAMP entwickelt Schwankungen am Ausgang in Bezug auf V+ und V-. Jeder OPAMP kann Ihnen keine Spannungen liefern, die höher als V+ oder niedriger als V- an seinem Ausgang sind (nur bis zu 90% im Fall von 741). Wenn Sie eine 12-Vpp-Sinuswelle ohne DC-Offset geben, dh +6 positiver und -6 negativer Eingang, erhalten Sie einen halbwellengleichgerichteten Ausgang, vorausgesetzt, Sie haben 12 V an V+ und 0 an V-.
@Andyaka Danke für die Tipps! Ich habe gerade alles getestet und die Schaltung funktioniert jetzt super. Ich habe die Leitungen relativ zur Masse für den ersten Stromkreis gemessen und sie waren es, die die Probleme verursachten (ich sah Dinge wie -2 V und +10 V usw.). Es war eine sehr aufschlussreiche Erfahrung für mich! Wir sehen uns auf der Website.

Antworten (1)

Andys Kommentar ist richtig. Es beantwortet die Frage und erklärt, was Sie sehen, vorausgesetzt, Sie haben die Eingänge + und - des Operationsverstärkers in Ihrem Schaltplan vertauscht: Wie gezeichnet, hat es positives Feedback statt negatives Feedback!.

Sie speisen den Operationsverstärker mit 12 V, aber es besteht keine Verbindung zwischen dieser 12-V-Versorgung und der 0-V-Referenz für Ihren Audioeingang, -ausgang und die Oszilloskopsonde.

Daher wissen Sie nicht, ob es sich um +11V/-1V, +/-6V oder +1V/-11V handelt.

Und tatsächlich ist es wahrscheinlich all das zu unterschiedlichen Zeiten. Wenn es +11 V/-1 V ist, gibt es nicht genug Spannung auf der -V-Versorgungsschiene, damit der Operationsverstärker funktioniert, und daher werden die -ve-Spitzen des Ausgangs abgeschnitten.

Wenn Sie eine der Versorgungsschienen wie von mir vorgeschlagen gemessen hätten, würden Sie eine ziemlich große Variation auf ihnen sehen, wahrscheinlich eine verrauschte 50-Hz-Sinuswelle, deren Spitzen der Verzerrung entsprechen, die Sie sehen.

Sie müssen also die Beziehung zwischen dieser 12-V-Versorgung und Ihren 0 V definieren. Nehmen Sie als schnellen und groben Test ein Paar identischer Widerstände, 1 Kiloohm reicht wahrscheinlich aus, und verbinden Sie sie zwischen Masse und +V sowie zwischen Masse und -V. Und beobachten Sie mit der Oszilloskopsonde, dass V + jetzt etwa 6 V beträgt (aber wahrscheinlich immer noch mit einem kleinen Rauschen darauf).

Solange Sie den Operationsverstärkerausgang nicht mit mehr als ein paar Milliampere laden, funktioniert dies, aber in Zukunft ist es besser, stattdessen +6 V-, 0 V- und -6 V-Versorgungen zu verwenden.

Diese Anordnung mit zwei Widerständen wird häufig bei Einzelversorgungen verwendet, normalerweise jedoch mit einem Spannungsregler oder sogar einem anderen Operationsverstärker, um eine bessere "Masse" als nur zwei Widerstände bereitzustellen. Es erfordert einige Sorgfalt, sich daran zu erinnern, dass "0 V" nicht die negative Versorgungsschiene ist!

Danke für die ausführliche Antwort! Ich habe am Ende der Frage eine aktualisierte Schaltung mit installierten Widerständen und korrekt verdrahtetem Operationsverstärker hinzugefügt (er ist im wirklichen Leben mit negativer Rückkopplung verdrahtet). Wird diese neue Schaltung funktionieren? Vielen Dank.
Wird es funktionieren? Sagen Sie es uns, wenn ja! Das sieht ungefähr richtig aus, obwohl es nicht die herkömmliche Art ist, es zu zeichnen ... siehe Abbildung 1 hier. forum.allaboutcircuits.com/threads/…
Das macht Sinn - ich habe dieses Diagramm schon einmal gesehen. Vielen Dank für die Hilfe .... und ich werde Sie wissen lassen, wenn es nicht funktioniert!
Ich habe gerade die Schaltung mit den Widerständen getestet und alles hat super funktioniert! Für die ursprüngliche Schaltung waren die Probleme, über die Sie sprachen, genau die, die Sie beschrieben haben. (Ich habe die ursprünglichen Versorgungsschienen gemessen und sie waren ungefähr -2 V + 10 V, als die Frequenz auftrat!) Vielen Dank für die aufschlussreichen Informationen, und ich werde die Informationen über die Grundebene auf jeden Fall im Hinterkopf behalten. Wir sehen uns auf der Website!
Sinuswellenverzerrung in einer einfachen Operationsverstärkerschaltung - Bypass-Kondensator?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v