Questo è un ottimo esempio del motivo per cui devono essere considerati i vari limiti fisici dei diversi amplificatori operazionali.
Hai ragione, non è un palo. In realtà, non ha nulla a che fare con il circuito stesso, con i parassiti nascosti o qualcosa del genere.
C'è un indizio enorme e vitale che si nasconde in bella vista. I picchi si verificano con l'LM324. Non lo fanno con TL084. C'è la tua risposta, proprio lì. La causa ha a che fare con l'LM324 stesso. Ma cosa ha il TL084 che l'LM324 non ha?
Velocità.
O più specificamente, velocità di risposta. Questo è il numero di volt per microsecondo (o qualsiasi misura di tempo che preferisci) l'amplificatore operazionale può variare o alterare la sua uscita, indipendentemente da tutte le altre considerazioni. Questo è distinto dallo sfasamento. Mi piace pensare alla fase come a un ritardo che viene introdotto, è una specie di tempo di reazione, ma l'amplificatore operazionale è ancora in grado di ricreare fedelmente il segnale di ingresso sull'uscita (o qualunque cosa l'amplificatore operazionale sia configurato per fare), anche se potrebbe non essere del tutto in fase con l'input.
La velocità di risposta non è quella. La velocità di risposta non è la velocità in termini di ritardo o tempo di reazione. Riguarda la velocità con cui il segnale stesso sta effettivamente cambiando. Se il segnale di ingresso cambia così velocemente che ricreare il segnale amplificato sull'uscita supererebbe la velocità di risposta di quell'amplificatore operazionale ... non funzionerà. L'amplificatore operazionale non può muoversi così velocemente.
Quello che vedi in questo caso specifico è il passaggio del rumore dalla prima onda quadra dell'LM324. Guarda l'onda triangolare e l'onda quadra sull'oscilloscopio e dovresti vedere i picchi
Esistono amplificatori operazionali in grado di accumulare diverse migliaia di volt per microsecondo. Per questi amplificatori operazionali molto veloci e malvagi ... beh, il loro business sta vacillando. E gli affari vanno bene.
Quindi ci sono amplificatori operazionali che non possono nemmeno gestire un intero volt in un microsecondo. Amplificatori operazionali come LM324. Ha una velocità di risposta di soli 0,5 V / µs. Per dirla senza mezzi termini, è più lento di un bradipo sulla ketamina.
Perché è così lento, nel tuo circuito, non è in grado di reagire abbastanza rapidamente.
Chiaro come il fango, giusto? Lasciami scomporre un po '.
Ora della favola!
Mi scuso in anticipo, ma ho intenzione di personificare gli amplificatori operazionali perché, francamente, nessuno mi ha detto di non farlo.
Ignoriamo l'LM324 che genera l'onda quadra, non è davvero un giocatore significativo in questo fenomeno. Basta tenere a mente che il primo LM324 è proprio lì per creare il più vicino possibile a un'onda quadrata, che guida l'onda triangolare dalla seconda, più appuntita LM324.
Ora, il nostro secondo LM324 è configurato come filtro passa basso, che può anche essere visto come un integratore.
Per la prima parte della nostra onda quadra, è bassa, sotto terra. È nella regione dell'altopiano e il nostro integratore LM324 sta caricando felicemente il condensatore da C1 a R3. La corrente è un Vin_low / R3 costante e l'uscita dell'amplificatore operazionale aumenta linearmente quando il condensatore viene caricato. Questo è ciò che vogliamo, questo è ciò che sta generando quell'onda triangolare ben modellata che abbiamo costruito per produrre il circuito.
All'improvviso, tuttavia, si verifica qualcosa di disastroso per il nostro povero piccolo amplificatore operazionale. L'input, quasi senza preavviso, si è improvvisamente spostato da Vin_low (chiamiamolo -1V) a Vin_high, che è + 1V! L'ingresso ha una polarità completamente invertita e veloce! Troppo veloce per questo amplificatore operazionale simile a una tartaruga per sperare sempre di stare al passo.
La velocità di variazione espone essenzialmente la resistenza di uscita diversa da zero di un amplificatore operazionale. Questo aumenta con frequenze più alte, che si traducono in una perdita di guadagno, fino a quando non si richiede effettivamente che l'amplificatore operazionale si muova il più velocemente possibile, e ora la sua uscita si comporta come una regione resistiva e lineare. Sta cercando di forzare la sua uscita il più velocemente possibile dai suoi piccoli transistor.
Quindi quello che abbiamo ora è tutta quella carica che il nostro LM324 ha trascorso l'intero ciclo basso dell'onda quadra spingendo nel condensatore, con la nuova tensione di polarità opposta impressa sullo stesso condensatore. L'uscita non è cambiata abbastanza velocemente, quindi otteniamo un impulso di corrente che si accoppia attraverso il condensatore all'ingresso.
È possibile visualizzarlo forzando artificialmente la "massa" sull'uscita, o semplicemente come un impulso di corrente che effettua il superamento dell'ingresso e provoca un picco dell'uscita. È un problema molto tipico negli integratori a velocità limitata come questo.
Ora, il resistore di carico non sta effettivamente eliminando il picco, ma una volta che è abbastanza basso da dominare qualsiasi corrente che normalmente dovrebbe fare affidamento sulla resistenza di uscita dell'amplificatore operazionale (che è al suo massimo quando la velocità di risposta è limitata), quindi l'ampiezza del picco sarà ridotta sempre di più fino a quando non è buona come se fosse andata. Può fluire attraverso la resistenza di carico ed essere meno influenzato dall'impedenza / resistenza di uscita dell'amplificatore operazionale.
TL084 funziona senza alcuna resistenza di carico perché l'impedenza è ancora piuttosto bassa anche a quei tempi rapidi di salita e discesa dell'ingresso d'onda "quadrata". Accoglie volentieri lo switcheroo ad onda quadra dato con passo falso, mentre confonde e spaventa semplicemente il povero LM324.
Possiamo dire che è ciò che sta accadendo osservando l'effettiva posizione in cui si verificano i picchi. Vedi come non sono perfettamente allineati con i picchi e le valli triangolari (che sono anche i punti di incrocio zero dell'onda quadra)? I picchi si verificano leggermente dopo. Sento odore di shenanigans condensatore.
Sì. Puoi confermare tutto ciò misurando la corrente attraverso C1, quindi osservando come ciò influisce sulla tensione di ingresso subito dopo R3. Sovrapponi la tua onda triangolare spigolosa e sono sicuro che sarai in grado di mettere empiricamente questo mistero a riposo!
Ho fatto del mio meglio per spiegare, ma non è così facile. Per una spiegazione più simile a un libro di testo, consulta la "pagina" 6.180 degli amplificatori di segnale di Walt Jung .
TLDR : i bradipi sono lenti, specialmente sulla ketamina.
