Warum gewinnt mein Operationsverstärker nicht richtig? (Schema anbei)

SchaltkreisIch versuche, ein Eingangssignal zu nehmen, das sich zwischen 1 und 5 Hz verschiebt und nur den Wechselstromanteil des Signals verstärkt (0,02 V Spitze-Spitze, ~ 3 Volt Offset). Die gesamte Schaltung muss mit 3,3 V Gleichstrom betrieben werden. Ich leite das Eingangssignal durch einen Hochpassfilter bei f = 0,5 Hz, um eine Wechselstromkopplung durchzuführen, und dann durch einen verstärkten Tiefpassfilter bei f = 5 Hz. Ich bin sie, die den Ausgang der Einheitsverstärkung mit einem normalen invertierenden Verstärker verstärken, aber ich sehe keine Verstärkung. Ich hänge die Ausgabe an:

Ausgang

Kann mir jemand erklären, warum ich überhaupt keine Ausgangswelle sehe? Mein Eingangssignal beträgt ~ 7 mV und ich möchte eine möglichst große Verstärkung bei meinen 3,3-Spannungsbeschränkungen. Es sieht so aus, als ob meine Filter gut funktionieren, da die AC-Analyse die erwarteten Ergebnisse zeigt und ich nach der Filterung eine Sinuswelle lesen kann.

ac-Analyse

Ist dies auch die richtige Art der AC-Kopplung des Signals?

[BEARBEITEN: Widerstandsbezeichner korrigiert und R6 so eingestellt, dass er zu VG anstelle von G geht. Endsignal wird immer noch nicht angezeigt]

Antworten (2)

Sie brauchen diesen Sallen-Key-Filter nicht vor Ihrem Verstärker, wenn Sie bereits mit dem Eingangs-RC-Hochpassfilter filtern.

Sie können den Eingang einfach AC-koppeln, den Verstärker vorspannen und verstärken.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Einige wichtige Dinge, die von dieser Schaltung zu beachten sind:

Der Eingangs-RC-Filter in Ihrer ursprünglichen Schaltung hatte eine Abschaltung F C von 1 Hz, aber Ihr Text sagte 0,5 Hz. 0,5 Hz ist eigentlich besser, also habe ich das beibehalten und den Eingangskondensator von 0,1 μF auf 0,22 μF geändert.

F Ö ( R 1 C 1 ) = 1 2 π R 1 C 1 = 1 2 π ( 220 N F ) ( 1.6 M ) ≈ 0,5 H z

Beachten Sie, dass die RC-Kombination von R2C2 mit dem Operationsverstärker einen aktiven Hochpassfilter bildet, der gleich oder nahe an R1C1 sein sollte:

F Ö ( R 2 C 2 ) = 1 2 π R 2 C 2 = 1 2 π ( 68 μ F ) ( 5 K ) ≈ 0,5 H z

Leider bedeutet dies einen ziemlich großen C2-Kondensator, da Sie diesen gegen R2 und die gewünschte Verstärkung des Operationsverstärkers (G = 100) ausgleichen müssen.

Sie können dies möglicherweise umgehen, indem Sie zwei Gain-Stufen x10 mit gleichem Design verwenden. Auf diese Weise können Sie größere R2-Werte und damit ein kleineres C2 verwenden. Zum Beispiel wäre x10 R3=200k, R2=22k, C2=15μF, und Sie brauchen zwei davon.

Beachten Sie auch, dass der LM324 die obere Schiene nicht erreichen kann, sodass er bei einer so hohen Verstärkung übersteuert. Sie sollten einen besseren Rail-to-Rail-Ausgangsverstärker verwenden, wenn Sie mit 3,3 V arbeiten

BEARBEITEN: Oh, bei weiterer Überprüfung sehe ich, dass Sie dem Eingangs-Hochpassfilter folgen möchten @ F C = 0,5Hz mit einem aktiven Tiefpassfilter mit F C = 5Hz, mit dem Ziel, aus den beiden einen Bandpassfilter zu machen.

Wenn dies der Fall ist, sollten Sie die zweite Stufe einfach wieder AC-koppeln und auf Vbias vorspannen. Außerdem sollten Sie den Sallen-Key-Cutoff-Punkt auf etwas höher als 5 Hz ändern, wenn Sie 1-5 Hz durchlassen möchten. Denken Sie daran, dass dies die 3-dB-Abwärtspunkte sind, Sie möchten also etwas zusätzliche Bandbreite. Wenn Sie also 1-5 Hz durchlassen möchten, sollten Sie einen Hochpass bei 0,5 Hz oder weniger und einen Tiefpass bei 15 Hz oder mehr verwenden.

Ändern Sie Ihre 68K-Widerstände an Ihrem Sallen-Key-Tiefpassfilter auf 22k und Sie haben a F C von 15Hz. Auf diese Weise werden Sie Ihr 5-Hz-Inbandsignal nicht zu früh abrollen und dämpfen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Vielen Dank für diese tolle Antwort! Ein paar Dinge: Sie scheinen versehentlich einen Sallen-Key- Hochpass zu erwähnen , wenn es gegen Ende ein Tiefpass sein sollte. Ich verstehe es, aber für zukünftige Leser könnte es verwirrend werden. Benötigen Sie auch den 1,6-M-Widerstand, um die Verstärkungsstufe mit Wechselstrom zu koppeln? Wäre es außerdem ratsam, dies so zu gestalten, dass R1 und R4 niedrigere Werte haben und C1 und C4 erhöht werden, um das Widerstandsrauschen zu reduzieren?
Ist auch die zweite AC-Kopplung (C4 + R4) notwendig? Wenn ich die Ergebnisse simuliere, scheint es das Signal sehr stark zu reduzieren und es scheint eine feine AC-Analyse ohne es zu haben.
@din oops, du hast recht. Scheint, als hätte ich die Beschreibung von hinten nach vorne verstanden. Ich werde das beheben. Die Schaltung ist aber richtig gezeichnet. Was die 2. AC-Kopplung betrifft, konnte ich sie ohne sie nicht simulieren. In der Praxis brauchen Sie es vielleicht nicht. Wenn Sie eine echte PC-Platine bauen, empfehle ich Ihnen, dort, wo C4 ist, einen 0-Ohm-Anschluss zu platzieren und Pads für R4 zu belassen, aber keine Installation (DNI) durchzuführen. Auf diese Weise können Sie es später hinzufügen, wenn Sie es brauchen. Theoretisch sollten Sie es nicht brauchen, da die erste Stufe nur ein Puffer ist und keine Verstärkung hat. Für mich war es vielleicht nur ein Simulationsproblem.

Zunächst müssen Sie alle Ihre Komponenten einheitlich mit Referenzbezeichnungen versehen, damit ich über einen bestimmten Widerstand sprechen kann, ohne „den 1,6-M-Widerstand“ sagen zu müssen (glücklicherweise wird dieser Wert nur einmal verwendet).

Sie müssen das untere Ende des "1,6-M-Widerstands" mit VG und nicht mit Masse verbinden, damit U1B auf die Mitte seines Betriebsbereichs vorgespannt ist. Dies betrifft auch U1D.

Verstehst du auch, warum Kanal 3 des Oszilloskops dir nichts zeigen kann ? Sie sollten diesen Kanal direkt mit dem Ausgang von U1B verbinden, wenn Sie den Ausgang des Filters sehen möchten.

Es sieht auch nicht so aus, als wäre der letzte Operationsverstärker mit Strom versorgt. Und der Eingang ist 0 V vorgespannt in einen LM324, der 0 V als negativste Schiene hat. Warum, oh, warum machen die Leute immer noch diesen grundlegenden Fehler? Du musst Dave nicht antworten LOL.
@Andyaka: Vermutlich hat der Quad-Opamp nur einen Satz Power-Pins, was ausreichen sollte. Es ist einfach schlampig von Seiten der Person, die die Komponentenbibliothek erstellt hat, Stromanschlüsse in jedem Abschnitt anzuzeigen.
Bitte überprüfen Sie die Änderungen, die ich an den Schaltplänen vorgenommen habe. Ich kann immer noch kein Signal sehen? Verstehe ich, wie man das Eingangssignal falsch vorspannt? Könnte jemand erklären, wie man ein Wechselstromsignal an einer einzelnen Versorgung richtig verstärkt?
Vielleicht hat Andy doch Recht – es könnte sein, dass der Simulator nicht glaubt, dass U1C oder U1D mit Strom versorgt werden. Versuchen Sie, die Stromversorgung explizit an alle drei Operationsverstärker anzuschließen.
Es lässt sich eigentlich nichts mit den anderen Quellen verbinden, da ich glaube, dass sie miteinander verbunden sind. Ich habe sogar versucht, einen separaten Operationsverstärker zu verwenden, und es gibt immer noch keine Ausgabe. Ich bin mir sehr unsicher, wie ich von hier aus weiterkomme.
Warum gewinnt mein Operationsverstärker nicht richtig? (Schema anbei)
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