¿Por qué este amplificador operacional LM324 no puede reproducir una señal por encima de una determinada frecuencia?

Parece que te encuentras con Limitaciones de velocidad de giro, y tu salida presenta lo que se llama ' Distorsión inducida por la distorsión ': el swing de salida del Op-Amp está limitado por la velocidad de giro, así que a medida que la frecuencia aumenta, el límite para el swing de salida máximo sin ' Distorsión inducida por giro ' disminuye - por lo general, la hoja de datos de amplificadores operacionales tiene una gráfica de ' Output Swing vs Frequency '.

Eche un vistazo a Figura 6 de LM324 Datasheet , y dónde se encuentra su señal en el gráfico de acuerdo con las capturas de alcance que compartió (ver más abajo). Lo ideal sería que estuvieras "bajo la curva".

Si desea obtener más información sobre Slew Rate, consulte < serie 'Slew Rate' en Precision Labs para capacitación de amplificadores operacionales .

El LM324 es un OPA antiguo y lento. Tiene una "tasa de giro" limitada, no más de 0.5 V / us, lo que no permite seguir grandes cambios de señal de amplitud a más de 1 MHz, como lo encontró en su propio experimento.

No hay nada que puedas hacer para mejorar la velocidad de desplazamiento. Necesita adquirir un amplificador operacional más rápido.

Pruebe esta hoja de datos en su lugar.
Consulte la Tabla 6.8 - Condiciones de funcionamiento en la página 7.
El primer parámetro de la tabla es la "Tasa de variación en ganancia unitaria". Esto le indica qué tan rápido puede moverse la salida del opamp, y para este LM324 es de 0.5V / μs, y eso es casi sin carga (1MΩ || 30pF).

Según sus mediciones de alcance, parece que está viendo alrededor de 0,2 a 0,25 V / μs, lo que no es del todo irrazonable con una carga.

La regla general es que el ancho de banda total de potencia de los amplificadores operacionales (límite superior) es aproximadamente el 10% o menos de la frecuencia de ganancia unitaria. Piénsalo.

Ganancia de unidad significa que ha alcanzado una frecuencia en la que la ganancia es igual a una en el mejor de los casos, bajo las condiciones de prueba que el fabricante especifique. Esto NO es una salida de fuerza completa tampoco. Simplemente significa Vout = Vin a un valor mucho menor que la potencia total.

Un transistor con un hFE de 100 a 100 KHZ y un cambio de voltaje completo puede generar 1 voltio p-p a 1 MHZ, con una entrada de 1 voltio p-p. Eso es lo mejor que puede hacer.

El término "Ganancia de unidad" es un poco engañoso porque implica ganancia utilizable, pero en verdad su ganancia ha alcanzado su límite. Para una salida de potencia total con ganancia declarada, tome el 10% de la ganancia unitaria como punto de partida.

Algunos fabricantes incorporan detalles elaborados con gráficos de ganancia en función de frecuencia y carga, etc. Lea esos detalles si están en la hoja de datos y le ayudarán a aclarar dónde puede esperar ganancia útil a plena potencia, o no.

Prueba este circuito de transistor

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Con una sonda de alcance estándar de 10X en Vout (13pF o menos), tendrá un ancho de banda de aproximadamente 3 nanosegundos (50,000,000 Hertz). Ajuste R9 para controlar la línea de base de voltaje de salida.

Puedes aumentar R3 a 220 o 330 o 430 ohmios; a los valores de resistencia más altos, la capacitancia de la base del colector aumentará cuando Vout esté cerca de 1.0v y verá un asentamiento más lento. Por lo tanto, se obtiene un comportamiento no lineal de alta frecuencia (distorsión del segundo armónico) y se obtendrá una intermodulación de suma / diferencia. Con solo 4 bits, dudo que esto sea un problema para ti. Pero puede escalar algunas resistencias más, a 6 u 8 bits, y alimentar con formas de onda pre-enlatadas de suma de pecado y luego examinar la FFT en un analizador de espectro o espectro.

Mejora del rendimiento: si puede desviar la parte inferior de las 2 resistencias: R1 y R9, a -0.2 voltios, entonces su linealidad mejorará, probablemente detectable para grandes #bits. Tenga en cuenta que la carga en las líneas de entrada lógica no es consistente, y esto también produce NonLinearities.

El uso de la dirección de corriente diferencial, tal vez con las fuentes de corriente bipolares y los interruptores de diodo utilizados para la dirección, reduce la No linealidad. En algún momento, usted ha construido un DAC08 caro de Precision Monolithics Corp, pero con un ancho de banda de 20MHz a 50MHz. Examina esa hoja de datos.

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