Warum erreicht mein Summiermischer bei 5,39 V das Maximum, wenn meine Schienen ungefähr +/- 11,7 V betragen?

Ich habe an diesem Projekt gearbeitet, um Gleichspannungen von 2 Sätzen von vier variablen 0-5-V-Spannungsteilern in zwei separate Mischungen mit identischen Schaltungen zu summieren und zu skalieren. In meiner vorherigen Version habe ich die Spannungen direkt von den Teilern ohne Puffer eingespeist und hatte am Ende viele Probleme mit Spannungsabfällen, da der Mischer für jeden Teiler einen parallelen Pfad zur Masse bildete.

Ich habe Spannungsfolger-konfigurierte Operationsverstärker hinzugefügt, um jede Stufe zu puffern, und das hat mein Problem gelöst. Jetzt erhalte ich die korrekte maximale Spannung, wenn alle Stufen voll aufgedreht sind (ca. 5,09 V), aber ich bin auf ein anderes verwirrendes Problem gestoßen. Jeder Summiermischer hat auch einen weiteren Eingang von einer externen Quelle, die auf einen Spannungsbereich von +/-3 V geklemmt und nicht skaliert ist. Wenn das Signal, das von den Teilern in den Mischer kommt, auf seinem Maximum ist (5,09 V), und ich ein externes 3-V-Signal an diesen nicht skalierten Eingang anlege, reagiert die Spannung am Mischerausgang nicht wie erwartet, sondern erhöht nur a insgesamt etwa 25 mV von den 5,09 V statt der vollen 3 V. Wenn ich die Spannungen an den Teilern dämpfe, um mehr Headroom zu bieten, reagiert die Schaltung normal auf externe Spannung und passt den Ausgang wie erwartet als Reaktion auf den 3-V-Eingang an.

Meine Frage ist: Warum verhindert diese Schaltung, dass der Ausgang höher als 5,35 V wird?

Es fühlt sich an, als würde ich die Grenze des Operationsverstärkerhubs erreichen, aber die Versorgung beträgt +/- 12 V (minus 0,3 V Schottky-Diodenabfall an jedem für den Verpolungsschutz). Der Operationsverstärker ist ein LM324, daher sollte er im Gegensatz zum TL074 in der Lage sein, auf die negative Schiene zu gehen, und ich kann mir nicht vorstellen, dass die obere Spannungsgrenze 5,5 V unter der positiven Schiene liegt. Gibt es etwas, das ich in Bezug auf den Ausgangsbereich dieses Operationsverstärkers vermisse?

Hier ist ein Bild des Schaltplans, ist sonst noch etwas eindeutig falsch?

schematisch

Können Sie den gewünschten Ausdruck zeigen? Sie sagen „Summe und Skalierung“, erwähnen aber nie einen Skalierungsfaktor.
Oder vielleicht wird die Skalierung immer per Potentiometer variiert.
Die Summierung ist die Summe von 4 Spannungsteilern, jeder mit einem möglichen Bereich von 0-5 V, also ist der Eingangsbereich 0-20 V und dann skaliere ich das um etwa 1/4 (47,5 K Eingangswiderstand / 12,1 K Rückkopplungswiderstand). Der zweite Eingangszweig der Summierschaltung ist nicht skaliert (12,1 K Eingang / 12,1 K Rückkopplungswiderstände), aber er soll der Mischung zwischen -3 V und +3 V einen präzisen DC-Offset hinzufügen und wird mit Dioden auf eine Referenzspannung (ein) geklemmt eine andere Seite der Schaltung, die mit Widerstandsteilern in Operationsverstärker in einer auf 3 V und -3 V eingestellten Spannungsfolgerkonfiguration erstellt wurde). Skalierung funktioniert, Ausgang wird 5,3 V max einfach nicht passieren.
Ausdruck: Vout=((V1+V2+V3+V4)/4)+V5) (wobei 0v<=V1::4<=5V, -3V<=V5<=3V) Satz möglicher Ausgangsspannungen, die sein sollen möglich für Vout ist -3V bis +8V)
R39-44 bilden einen passiven Addierer, der von sich aus bereits durch vier teilt. Haben Sie das bei der weiteren Dämpfung des Signals berücksichtigt?

Antworten (2)

Ich verstehe weder, warum Sie die Bühne bei U7.2 überhaupt brauchen, noch warum U7.1 auf Invertieren eingestellt ist. Auch das Verhältnis von R50 zu R24,41,43,45 ist "ungefähr" richtig (mit einer anderen Auswahl an Widerständen können Sie näher an 4,00 als an 3,93 herankommen). Die Input-Follower werden nicht angezeigt, dies sollte mit etwas funktionieren, das so aussieht

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Betrachten Sie für Ihre Operationsverstärker den onsemi NCV2007 , der in Vierkanalgeräten erhältlich ist, die Ihre +/- 12-V-Versorgung unterstützen und explizit Rail-to-Rail sind.

Wenn Sie bei der 324-Familie bleiben möchten, können Sie möglicherweise mit dem ST LM324APT davonkommen , der zwischen 1,5 V und 3 V von der oberen Schiene abfällt. Mit Vpp = 12 V und einem maximal erwarteten Ausgang von 8 V sind Sie vielleicht in Sicherheit.

Vielen Dank für die Op-Amp-Empfehlung, ich weiß das wirklich zu schätzen. Ich verstehe, was Sie damit meinen, dass Sie die zweite Stufe nicht benötigen. Ich werde diese Konfiguration ausprobieren und sehen, ob sie meine Probleme löst. Danke noch einmal.

Ihre Mixer teilen durch 4, was Ihr Ausgangssignal von jedem Eingang begrenzt. Wenn Sie einen Einheitsgewinn wünschen, ändern Sie einfach alle 47,5 KB auf 12,1 KB. Wenn natürlich jeder Eingang maximal wäre, dann könnte die Summe aller Eingänge irgendwann den Versorgungsbereich überschreiten, wenn die Spitzen synchron sind, also brauchen Sie Spezifikationen für „Headroom“, um den maximalen Eingang zu begrenzen.

Die Schottky-Dioden klemmen den Eingang bei ~ 350 mV bei 1 mA über 3 V und unter -3 V mit Einheitsverstärkung danach.

  • Der LM324 kann Vee nahe kommen, hat aber einen 3-V-Abfall von Vcc (voller Temperaturbereich mit 10k-Last) aufgrund seines High-Side-Darlington-Treibers und seiner Vorspannung. Siehe [Datenblatt 1 „Elektrische Eigenschaften für Voh=27V typ. und Hinweis (1) Vcc = 30 V

  • Daher haben Sie es für eine +/-3 V + Diodenklemme Vf ausgelegt. Wenn Sie 8 V wollten, müssten Sie die Referenzspannung der Klemmdiode oder die R-Eingangsverhältnisse oder die Ausgangsverstärkung ändern.

Wenn das Maximum an jeder der 4 Stufen 5 V beträgt, beträgt die Summe 20 V, die Skalierung der ersten invertierenden Mischstufe teilt diese 4 auf das Maximum von 5 V, aber das externe +/-3-V-Signal wird nicht skaliert (beachten Sie es habe einen Eingangswiderstand von 12,1 K), sodass die am Ausgang erwartete maximale Spannung 8 V betragen soll, aber ich kann anscheinend nur 5,3 V erhalten. Es sollte kein Problem sein, wenn ich 20 + V eingebe, wenn ich einen Rückkopplungswiderstand verwende, um den Operationsverstärkerausgang auf etwas zu skalieren, das innerhalb seines Spannungsbereichs liegt, oder? Mein Problem hier ist, dass es so aussieht, als ob es viel Headroom haben sollte, um auf 8 V zu kommen, aber das tut es nicht.
Warum erreicht mein Summiermischer bei 5,39 V das Maximum, wenn meine Schienen ungefähr +/- 11,7 V betragen?
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