Warum zerhackt mein Operationsverstärker mein Signal?

Ich habe einen Instrumentenverstärker aus zwei Operationsverstärkern in einem Quad-Operationsverstärker (MCP6L04T) gebaut. Das Eingangssignal kommt von einer niederohmigen Quelle (~17k) und die meisten Informationen in diesem Signal liegen unter 10 Hz. Obwohl ich die Umrisse des gewünschten Signals sehen kann, besteht es aus einer Reihe von Spitzen - als ob die Versorgung des Operationsverstärkers jedes Mal unterbrochen wird, wenn er seinen beabsichtigten Ausgangswert erreicht. Warum tut es das? Beide Oszilloskopkappen wurden am Ausgang des Operationsverstärkers vor dem Filter aufgenommen, aber sie sind auch nach dem Filter zu sehen.

Spannungsspitzen, die die gewünschte Wellenform anstelle der gewünschten, glatten Wellenform umreißen

eine verkleinerte Aufnahme der störenden, stacheligen Wellenform

Die anderen beiden Verstärker im Paket werden wie folgt verwendet: Einer ist ein nicht invertierender Verstärker für den Ausgang dieses Verstärkers und der letzte ist ein Spitzendetektor für den Ausgang dieses Verstärkers.

Dies läuft mit einer frischen CR2032-Batterie. Ein früheres Design, das einen dedizierten Instrumentenverstärker-IC verwendete, hatte die gleichen Eingangs- und Ausgangsfilter und die gleiche Stromversorgung und funktionierte einwandfrei.

Der Operationsverstärker hat eine 1-uF-Bypass-Kappe direkt neben dem Stift und eine 10-uF-Kappe weiter entfernt. Beides aus Keramik. Ein Blick auf den Versorgungsstift mit einem Zielfernrohr zeigte eine ziemlich glatte Versorgung - es zittert nicht mit diesen seltsamen Spitzen.

Zu Ihrer Information, die parallel geschalteten Widerstände dienen dazu, die Gesamttoleranz jedes Widerstandspaars zu erhöhen. Es gibt mir zusätzliche ~ 3 dB CMRR ohne die Kosten von 0,1% Widerständen.

Die Rennbahn:Schaltplan

Was sind die Eingangs-/Ausgangssignalpegel? Und wie sieht das Signal im ersten Scope-Bild aus, wenn Sie nur einen kleineren Ausschnitt betrachten (zoomen)?
Haben Sie versucht / können Sie versuchen, die Stromversorgung über ein Tischnetzteil anstelle einer Knopfzellenbatterie zu ermöglichen? Ich glaube auch, dass ein "Instrumentenverstärker" herkömmlicherweise drei Operationsverstärker benötigt.
Was ist die vorgesehene Ruheausgangsspannung? Wenn die Eingänge nicht ausreichend über Masse vorgespannt sind, wird das Signal abgeschnitten, ebenso wenn der Ausgang zu hoch oder zu niedrig wird.
Eingang: 5uV-1mV Peak AC, 1-10 Hz. Der Ausgang wird in einen separaten Schaltkreis eingespeist, den der Benutzer verwendet, um das Ausgangssignal zu dämpfen oder zu verstärken. Wenn Sie auf eine der Spitzen zoomen, sehen Sie eine Reihe sehr scharfer Impulse, die nahezu identisch sind und eine konstante Frequenz von ~20 kHz aufweisen: imgur.com/7JaYqfV und imgur.com/Na2oe3u zeigen Details. Es zeigt das gleiche Verhalten, wenn es an eine Tischversorgung angeschlossen ist. Die Ruheausgangsspannung sollte nahe 0 V liegen - klein im Vergleich zum Ausgangssignal. Ich vermute, Sie haben Recht, @SpehroPefhany - das Eingangssignal ist wahrscheinlich zu klein.

Antworten (1)

Ohne die Eingangssignale zu sehen, würde ich sagen, dass die Schaltung einwandfrei funktioniert. Das heißt, es funktioniert so, wie es angesichts der Topologie sein sollte. Leider funktioniert es nicht als Instrumentenverstärker oder gar als Differenzverstärker. Und ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie einen Differenzverstärker mit Verstärkung beabsichtigt haben.

Erstens natürlich die Tatsache, dass Sie ein AC-gekoppeltes Signal in einen Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung einspeisen, und dies garantiert, dass alle Eingänge abgeschnitten werden, die unter dem Durchschnitt liegen. Sind Sie sicher, dass Sie das tun möchten? Zugegeben, es ist ein Gleichrichter für arme Leute, aber es ist schlecht für die Operationsverstärker.

Jeder Verstärker hat eine Nennverstärkung von 63. Nehmen wir an, jeder hat einen Eingang von 10 mV. Dann beträgt der Ausgang des unteren Verstärkers 630 mV. Wenn der obere Verstärker mit einer (sehr großen) Split-Versorgung betrieben würde, würde er 630 mV - (63 * 620 mV) oder -38,4 Volt ausgeben. Dies wird offensichtlich nicht passieren. Das Problem, das Sie haben, ist, dass Ihre Topologie nur als Differenzverstärker funktioniert, wenn die Verstärkung 1 beträgt.

Es gibt eine Variante, die Gewinne >1 unterstützt

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der Gleichtaktbereich ist begrenzt.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass Ihre Eingangs-AC-Kopplungsnetzwerke nicht offensichtlich aufeinander abgestimmt sind. Identische AC-Signale können aufgrund der differentiellen Phasenverschiebung Ausgangssignale ungleich Null erzeugen. In Kombination mit dem von Ihrer AC-Kopplungsschaltung erzeugten Clipping würde ich einige sehr seltsame Ergebnisse erwarten.

Sie haben eine Reihe von Problemen festgestellt, @WhatRoughBeast, von denen einige "absichtlich" waren, da sie das Ergebnis niedriger Kosten waren, die in diesem Design über Qualität standen. Der Single-Supply-Operationsverstärker soll tatsächlich als (lahmer) Gleichrichter fungieren. Es sieht so aus, als ob die Wurzel meines Problems etwas mit dem Eingang des Verstärkers zu tun hat, und ich denke, ich muss die Topologie ändern. Ich bin immer noch neugierig, warum es das Signal zerhackt.
Was los ist, ist ziemlich einfach, denke ich. Sie haben ein kleines Gleichtakt-Wechselstromsignal bei 2-3 kHz und erwarten, dass der Verstärker es zurückweist - schließlich hat das der kommerzielle Instrumentenverstärker getan, oder? Nun, nein. Für die gezeigte Schaltung wird ein Gleichtaktsignal ungefähr um das Produkt der Nennverstärkungen der beiden Stufen verstärkt. Darauf wollte ich hinweisen. Sie haben also ein winziges AC-Gleichtaktsignal, das enorm verstärkt wird. Woher das kommt, weiß ich nicht, das müssen Sie selbst entscheiden.
Warum zerhackt mein Operationsverstärker mein Signal?
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