Mengapa op amp LM324 ini tidak dapat mereproduksi sinyal di atas frekuensi tertentu?

Tampaknya tidak ada kekurangan sirkuit seperti ini yang mencoba menggunakan R2R sebagai DAC dan op. amp. sebagai buffer output. Ini masuk akal bagi saya jadi saya memutuskan untuk mencoba dan membangunnya.

Saya membangun sirkuit yang sedikit lebih sederhana

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Sirkuit ini menggunakan op amp tunggal dari LM324 yang beroperasi pada gain satu. 3 lainnya dalam paket dibiarkan tidak terhubung. Itu didorong dari +12 VDC pada rel positif yang berasal dari catu daya bangku.

Resistor "4.4k" (2R) sebenarnya hanya dua resistor 2.2k secara seri.

D1-D4 berjalan pada atmega328p menggunakan synthesizer digital langsung wavetable yang saya tulis. Saya tidak akan berbicara tentang itu banyak, tetapi mikrokontroler berjalan dari +5 VDC sehingga setiap baris adalah 0 atau 5 VDC.

R13, Q1, dan R14 hanya jadi sirkuit itu menggerakkan semacam beban dunia nyata. Transistor bertindak sebagai penguat pembalik.

Saya awalnya menghilangkan R10 dan R12. Saya mendapat hasil seperti ini.

• CH1 - kuning - output DAC
• CH2 - biru - keluaran op. amp.

Pada frekuensi ini cukup masuk akal.

• CH1 - kuning - output DAC
• CH2 - biru - keluaran op. amp.

Ini agak tak terduga menghasilkan gelombang segitiga bergeser fase.

Pada titik ini saya menambahkan R10 dan R12.

• CH1 - kuning - input bukan pembalik op. amp.
• CH2 - biru - keluaran op. amp.

Ini memotong tegangan output menjadi dua, tetapi menghasilkan output yang lebih akurat. Perbedaan itu secara teoritis dapat dibuat menggunakan gain di op. amp.

Namun itu masih tidak berfungsi pada frekuensi yang lebih tinggi.

• CH1 - kuning - input bukan pembalik op. amp.
• CH2 - biru - keluaran op. amp.

Dalam hal ini tidak hanya menghasilkan gelombang fase segitiga, itu sebenarnya tidak pernah membuatnya ke +2.5 VDC atau kembali ke tanah.

Berikut ini adalah bidikan fisik pengaturan:

Karena saya menggunakan kabel jumper dan papan tempat memotong roti harus ada batas atas frekuensi praktis DAC saya dapat menghasilkan. Namun ~ 60 KHz lingkup saya menunjukkan seharusnya tidak banyak masalah. Lembar data untuk LM324 tampaknya menunjukkan bahwa 1 MHz adalah batas atas praktis untuk op. amp. untuk keuntungan persatuan. Bentuk gelombang output yang ditunjukkan seperti transistor di dalam op. amp. jenuh atau efek yang serupa. Saya tidak cukup tahu tentang amplifier operasional.

Apakah ada perubahan yang dapat saya lakukan pada rangkaian saya untuk mendapatkan reproduksi akurat dari sinyal input pada keluaran op amp dari DC ke 60 kHz?

Lembar Data yang saya cari untuk LM324:

http://www.ti.com/lit/ds/snosc16d/snosc16d.pdf

Sepertinya Anda mengalami Keterbatasan Slew Rate, dan output Anda menghadirkan apa yang disebut ' Distew-Induced Distortion ' - Ayunan Keluaran Op-Amp dibatasi oleh Slew Rate, sehingga frekuensi meningkatkan batas untuk ayunan keluaran maksimum tanpa ' Slew-Induced Distortion ' berkurang - biasanya Lembar Data Op Amps memiliki plot ' Output Swing vs Frequency '.

Lihatlah Gambar 6 dari Lembar Data LM324 , dan di mana sinyal Anda berada di plot sesuai dengan cakupan yang Anda bagikan (lihat di bawah). Idealnya Anda ingin tetap "di bawah kurva".

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang Slew Rate, lihat seri 'Slew Rate' di pelatihan Precision Labs for Op Amps .

LM324 adalah OPA yang lama dan lambat. Ini memiliki "laju perubahan tegangan" terbatas, tidak lebih dari 0,5 V / us, yang tidak memungkinkan untuk mengikuti perubahan sinyal amplitudo besar lebih cepat dari 1 MHz, seperti yang Anda temukan dalam percobaan Anda sendiri.

Tidak ada yang dapat Anda lakukan untuk meningkatkan laju perubahan tegangan. Anda perlu membeli penguat operasional yang lebih cepat.

Coba lembar data ini sebagai gantinya.
Lihat Tabel 6.8 - Kondisi Pengoperasian di halaman 7.
Parameter pertama dalam tabel adalah "Tingkat perubahan tegangan pada gain yang sama".
Ini memberitahu Anda seberapa cepat output opamp dapat bergerak, dan untuk LM324 ini adalah 0,5V / μs - dan itu hampir tanpa beban (1MΩ || 30pF).

Dari pengukuran ruang lingkup Anda sepertinya Anda melihat sekitar 0,2 hingga 0,25V / μs - tidak sepenuhnya tidak masuk akal dengan beban.

Aturan umum praktis adalah op-amp bandwidth daya penuh (batas atas) sekitar 10% atau kurang dari frekuensi gain satu. Pikirkan tentang itu.

Gain kesatuan berarti Anda telah mencapai frekuensi di mana gain sama dengan satu di terbaik, dalam kondisi pengujian apa pun yang ditentukan pabrikan. Ini BUKAN juga output kekuatan penuh. Ini berarti Vout = Vin pada beberapa nilai yang jauh lebih kecil dari kekuatan penuh.

Transistor dengan hFE 100 pada 100 KHZ dan ayunan tegangan penuh dapat menghasilkan 1 volt pp pada 1 MHZ, dengan input pp 1 volt. Itu yang terbaik yang bisa dilakukan.

Istilah "Unity gain" agak menyesatkan karena menyiratkan perolehan yang dapat digunakan, tetapi sebenarnya keuntungannya telah mencapai batasnya. Untuk output daya penuh dengan gain yang dinyatakan, ambil 10% dari gain unity sebagai titik awal.

Beberapa manufaktur masuk ke detail yang rumit dengan grafik untuk mendapatkan vs frekuensi dan memuat, dll. Baca detail tersebut jika ada dalam lembar data dan mereka akan membantu memperjelas di mana Anda dapat mengharapkan keuntungan yang dapat digunakan dengan daya penuh - atau tidak.

Coba rangkaian transistor ini

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dengan probe lingkup 10X standar pada Vout (13pF atau lebih), Anda akan memiliki bandwidth sekitar 3 nanosecond (50.000.000 Hertz). Sesuaikan R9 untuk mengontrol garis dasar tegangan keluaran.

Anda dapat meningkatkan R3 hingga 220 atau 330 atau 430 ohm; pada nilai resistansi yang lebih tinggi, kapasitansi basis-kolektor akan naik ketika Vout mendekati 1.0v dan Anda akan melihat pengendapan yang lebih lambat. Dengan demikian hasil perilaku non-linear frekuensi tinggi (distorsi harmonik ke-2) dan Anda akan mendapatkan jumlah / perbedaan intermodulasi. Dengan hanya 4 bit, saya ragu ini akan menjadi masalah bagi Anda. Tetapi Anda dapat meningkatkan beberapa resistor, menjadi 6 atau 8 bit, dan memberi makan dengan bentuk gelombang jumlah dosa pra-kaleng dan kemudian memeriksa FFT pada lingkup atau penganalisis Spektrum.

Peningkatan Kinerja: jika Anda dapat membiasakan bagian bawah 2 resistor: R1 dan R9, hingga -0,2 volt, maka linieritas Anda akan meningkat, kemungkinan terdeteksi untuk # bit besar. Perhatikan pemuatan pada jalur Input Logika tidak konsisten, dan ini juga menghasilkan NonLinearitas.

Menggunakan kemudi arus diferensial, mungkin dengan sumber arus bipolar dan sakelar dioda yang digunakan untuk menyetir, mengurangi Nonlinieritas. Pada titik tertentu, Anda telah membangun DAC08 dari Precision Monolithics Corp, tetapi dengan bandwidth 20MHz hingga 50MHz. Periksa lembar data itu.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac0800.pdf