Estoy tratando de usar un amplificador operacional integrador. Lo que quiero hacer es aplicar + 0.5 V para 40 us y luego aplicar -1 V para 20 us.
Dado que la suma de integración en un período es cero, por lo tanto, si mi razonamiento es correcto, la desviación de CC debería ser cero, ya que el condensador no está almacenando la carga en un período.
Sin embargo, en la simulación el resultado es diferente.
¿Cuál es el error conceptual que estoy cometiendo?
Lo que quiero hacer es aplicar + 0.5V para 40us y luego aplicar -1V para 20 us. Desde entonces, la suma de integración en 1 período es cero. Y por lo tanto, si mi razonamiento es correcto, el desplazamiento de CC debería ser cero.
Correcto en teoría.
En la práctica, es poco probable que pueda equilibrar perfectamente las cosas, por lo que su sistema se desviará con el tiempo, hasta que toque un riel. En general, no es una buena idea usar un integrador puro en un sistema de circuito abierto.
Sin embargo, eso no explica por sí mismo su problema. Si después de muchos ciclos se fue a la deriva, sería una interpretación razonable, pero parece estar aumentando el doble de lo que está pasando.
Sin embargo, en la simulación el resultado es diferente.
Lamentablemente, no estoy familiarizado con su software de simulación, por lo que no sé qué significa la lista de parámetros que está pasando a sus fuentes de voltaje y si coinciden o no con su descripción. Una primera mirada sugiere que sí lo hacen.
Lo siguiente que observo es la velocidad de respuesta de su amplificador operacional. Esto puede distorsionar los pulsos después de su amplificador de primera etapa, pero los voltajes relativamente pequeños significan que este efecto probablemente no sea muy significativo.
Sin embargo, el límite de velocidad de respuesta tiene un efecto más significativo en el propio integrador. Con un op-amp ideal, la tasa de rampa de un integrador de op-amp es
$$ - V_ {in} \ frac {1} {rc} $$
La primera etapa de su circuito también se invierte, por lo que podemos cancelar el signo menos y obtener una ecuación de velocidad de rampa para su circuito general como.
$$ (V_ {in1} + V_ {in2}) \ frac {1} {rc} $$
Por lo tanto, cuando aplique su pulso de 0.5V obtendrá una tasa de rampa de 0.5 V / uS y cuando aplique su pulso de -1V obtendrá una tasa de rampa de -1 V / uS
El problema es que su amplificador operacional solo puede entregar 0.25 V / uS. Por lo tanto, las pendientes ascendentes y descendentes ocurren casi a la misma velocidad, pero su pendiente ascendente dura el doble que la pendiente descendente. Así que el resultado general se mueve hacia arriba con bastante rapidez.
El resultado final se desplaza hacia arriba con bastante rapidez.
La velocidad de respuesta de la señal grande de LT1001 es de aproximadamente 0,25 V / us. Toda ganancia se desvanecerá cuando la frecuencia (sinusoidal) aumente a 1Mhz. Es posible que haya golpeado su cabeza a la no idealidad del opamp.
Puedes probarlo. Cambie R9 a 10 kOhm y C3 a 10 nF. Haga que los pulsos de entrada sean 100 veces más largos y vea si el resultado sigue siendo el mismo. Si está bien después de los cambios, entonces lo adiviné.
También hay otro problema. La constante de tiempo del integrador es solo 1us. La entrada de 1 V causa una desviación de 1 V en 1us. Puede cumplir con la salida máxima (= aproximadamente 13,5 V) demasiado pronto. Pero no puede verlo si el problema es una velocidad de giro demasiado pequeña, lo que impide la operación lineal.
AGREGAR debido al comentario: Has cambiado R9 y C3. Hiciste el integrador 100x más lento. La entrada de 1 V provoca ahora que solo se cambie 0,01 V a la salida en 1 us.
Velocidad de giro:
El opamp puede cambiar su salida max. 0,25 V / us y usted pregunta solo 0,01 V / us, la velocidad de giro 0,25 V / us es suficiente.
Sobre 1 constante de tiempo de nosotros: no tengo idea de cuál es su aplicación final. Al menos este opamp no puede manejarlo si aplica una entrada de 0,5 o 1 voltio. Tal vez 100 mV de entrada sería mejor.
Este amplificador operacional no está diseñado para una corriente alta de carga 1K o una alta tasa de rotación.
Las especificaciones indican 0.25V / us con > = carga de 5K.
Entonces, repita su experimento con una entrada R 10 veces mayor y 1/10 de la retroalimentación C, es decir, 10k y 100pF y debería ver algunas mejoras pero todavía limitadas por la corriente y dV / dt = V / CRin. Lo que significa 1us en teoría, pero la compensación interna reduce eso típicamente a 4us / V o 0.25us / V
Por lo tanto, ahora puede reducir el rango de voltaje de su pulso doble para tratar de mantenerse dentro de las limitaciones de este dispositivo o incluir seguidores de emisores complementarios dentro del bucle de realimentación para amortiguar la salida con cierta pérdida de margen de ganancia y, por lo tanto, más sobrepasamiento pero más rápido las tasas de rotación de hFE
Dado que la suma de integración en un período es cero
¿Decir qué? Eso no es lo que veo. Tienes 5 pulsos positivos y 5 pulsos negativos. Los primeros dos pulsos positivos son notablemente más anchos que los últimos 3. Así que, por supuesto, obtienes una "línea de base" cada vez mayor (período en que el voltaje de entrada es cero) durante los dos primeros pulsos.
O, para decirlo de otra manera, la integral de su entrada no es cero. Entonces tu compensación no es, tampoco.
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