¿Cómo puedo evitar la corriente inversa en este circuito?

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Aprendí que puedes usar un amplificador operacional para hacer diferenciación . Además, puedes encadenarlos para hacer diferenciaciones de orden superior.

Así que intenté simular esto en LTSpice. Un solo circuito diferenciador funciona como se espera. Pero cuando encadeno dos, recibo comentarios que conducen a resultados incorrectos (con respecto a las matemáticas).

¿Cómo puedo conectar los dos circuitos del diferenciador sin tener este problema?

Aquí está mi esquema de circuito:

Lafunciónqueestoyanalizandoes\$f(x)=x^2\$.
Suderivadodeprimerordenes\$f'(x)=2x\$.
Suderivadodesegundoordenes\$f''(x)=2\$.

Esteeselaspectoquetienelasalidacuandoconectodirectamentelosdoscomponentes:

Cuandocolocoundiodoallí,lasalidaesmejor,peronoideal.Acontinuaciónsemuestraunaimagen.Miproblemaesqueconlos0,2segundosquetarda\$V_{\text{out2}}\$enalcanzarsuvaloresperadode2V.Creoqueelretrasosedebealaintrínseca barrera potencial de un diodo. Pero, ¿hay algo que pueda usar que no tenga 'zona muerta'?

    
pregunta Jet Blue

4 respuestas

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Cada vez que conecte diferentes circuitos, tendrán efectos interactivos, ya que los sub-circuitos son elementos en sí mismos y forman un circuito de nivel superior con estos elementos más complejos que tienen leyes análogas más complejas a la ley de ohmios, etc.

Esto no es algo malo, pero hace que el análisis de tales circuitos sea complejo y su comportamiento aún más complejo.

El método general para evitar que los sub-circuitos interactúen de manera compleja (lo que dificulta el razonamiento sobre ellos) es aislarlos.

Si estamos tratando con características de voltaje (por ejemplo, pensando en cómo se comportan los voltajes de una cosa y se alimentan de otra) y no nos importa la corriente, entonces al hacer que la entrada de un circuito tenga una resistencia muy alta evitará que cargue la salida de un circuito conectado a él.

por ejemplo, imagina esto como un modelo simple para un circuito más complejo:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

R2 tiene una resistencia de "entrada" tan grande que la salida de R1 es en realidad la misma que si R2 se hubiera ido (después de todo, si falta resistencia, podríamos decir que existe y tiene resistencia infinita, por lo que hay un número infinito de resistencias infinitamente grandes en ese diagrama que ignoré para ahorrar tiempo;).

Ahora, R2 es solo una resistencia. Con los amplificadores operacionales, ellos también necesitan grandes resistencias de entrada para evitar la carga, pero eso no significa que no llegue la señal, recuerde, están activos y tienen poder para hacer cosas que una resistencia puede 't.

Por lo tanto, debes asegurarte de que ingresas resistencia (solo traza las rutas y suma la resistencia) es grande. recuerde que la resistencia de entrada para un amplificador operacional estándar puede ser tan infinita, por lo que básicamente puede ignorar las entradas del amplificador operacional (desconectarlas) para este propósito.

ahora, suponga que hace esto, como lo ha hecho, y se da cuenta de que tiene una resistencia de entrada baja. ¿Qué haces?

  1. Incrementas los valores de los componentes para dar una mayor resistencia pero la misma salida. Recuerde, puede hacer esto porque, en general, los "valores" de un circuito operativo, por diseño, dependen de las relaciones, no de los valores absolutos.

Por lo tanto, podría tener 1ohm / 1ohm o 1Mohm / 1Mohm. El primero tiene una baja resistencia de entrada y el segundo una alta, pero ambos dan la misma salida de amplificador operacional (piense en algo como un amplificador estándar). Hay límites por supuesto. No puede hacerlo demasiado debido a otros problemas (ruido, interferencias, etc.).

Entonces, ¿qué podemos hacer mejor?

  1. Usamos un búfer. Un Buffer es como una resistencia pero es mucho mejor. Es un amplificador operacional u otro dispositivo que tiene ganancia unitaria, tiene una alta resistencia de entrada (use resistencias muy grandes como 10Mohm / 10Mohm) y una resistencia de salida muy baja (porque eso es lo que hacen los amplificadores operacionales, entradas de alta y baja resistencia de salida y eso es lo que los hace tan valiosos).

Los jfets, BJT's, mosfets tienen características similares, pero un amplificador operacional es un "súper transistor" y hace un mejor trabajo.

Entonces, aumente su R2 y C2 de tal manera que retenga la misma respuesta pero aumente la resistencia de entrada o inserte un búfer entre los dos para aislarlos. Por ejemplo, si no puede cambiar C2 o R2 porque no tiene un límite lo suficientemente grande o hará que la respuesta salga de los límites que desea, inserte otro amplificador operacional en el medio y elija resistencias grandes en su lugar. Es un intercambio, por supuesto.

A veces hay otras topologías que pueden mitigar los problemas de una manera diferente. EE es parte arte y parte ciencia. Tienes que jugar con las cosas a veces y también hacer compromisos a veces. Por lo general, tiene un rango operativo de voltajes y corrientes con los que puede trabajar, componentes y $$$. Es tu trabajo como EE para encontrar los mejores valores generales.

    
respondido por el AbstractDissonance
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El margen de fase está comprometido con cargas capacitivas en alta corriente en amplificadores operacionales.

Esta es una razón para elevar los valores R para garantizar que la corriente Ac sea mucho menor que la corriente de polarización DC de la etapa de salida. El otro es la distorsión armónica y la corriente de ruido.

Observe que la segunda etapa es principalmente una carga capacitiva cuando Vin + está conectado a tierra con cero ohmios y una retroalimentación baja R con retroalimentación negativa, lo que reduce la impedancia de Vin a cerca de 0.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Agregar una resistencia que tiene un valor de aproximadamente 1/10 de la resistencia R1 en serie con el condensador ayudará a reducir el desplazamiento de fase que está sufriendo la entrada debido a la presencia del condensador. También reducirá la sensibilidad del circuito que lo hace inmune al ruido en cierta medida. Además, intente proporcionar una entrada sinusoidal, una onda cuadrada, una triangular o alguna de esas entradas, ya que estos circuitos funcionan mejor para entradas que varían aproximadamente a 0 V, ya que no están limitados por la incapacidad de los condensadores para cargar fácilmente a altos voltajes.

    
respondido por el Tanmay
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El diferenciador aumenta su ganancia a medida que la frecuencia aumenta. Probablemente tenga alguna ruta de retroalimentación que haga de su circuito un oscilador. Debe agregar un poco de resistencia en serie de sus condensadores para limitar el aumento de la ganancia. Debe aceptar el hecho de que no puede obtener un ancho de banda infinito. Puede aumentar si sus dispositivos operativos son dispositivos diferentes con buenos condensadores de sujeción en sus entradas de alimentación. Este circuito es imposible en placas de pruebas debido a las inigualables rutas de retroalimentación capacitiva.

    
respondido por el user287001

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