¿Iniciar un amplificador operacional para oscilar?

Question

He estado construyendo muchas variaciones diferentes de osciladores de amplificador operacional, pero me he encontrado con un problema recurrente que se ha manifestado nuevamente en este esquemático VCO:

Descubro que al encender mi fuente de alimentación obtengo una salida de forma de onda durante aproximadamente medio segundo y luego se corta instantáneamente. He utilizado un potenciómetro como divisor de voltaje y parece funcionar. (Encender y apagar nuevamente la fuente y escuchar el tono de la onda). Alimento los diversos circuitos desde una fuente de +/-12V con una tercera conexión a tierra y he intentado usar opamps TL072 y TL082 pero sin éxito.

El Problema: Cuando construyo circuitos de osciladores de amplificador operacional (que no sean osciladores de disparo de Schmitt que funcionan perfectamente cada vez) encuentro que necesitan ser "iniciados" para comenzar a oscilar. Encuentro consistentemente problemas donde al ajustar la frecuencia demasiado alta "apaga permanentemente" el oscilador, el oscilador disminuye lentamente en tono solo para dejar de emitir completamente y los problemas mencionados anteriormente.

La Pregunta: ¿Hay algún vínculo/problema común con los circuitos de amplificador operacional que causen estos problemas? Cuando se simulan, todos los circuitos emiten la forma de onda correcta pero parecen ser completamente inoperables cuando se construyen realmente. ¿Por qué un oscilador de amplificador operacional de disparo de Schmitt funciona perfectamente cada vez y otros no? ¿En qué se basan otros osciladores (por ejemplo, un oscilador de triángulo/sierra) que no dependen de un oscilador de relajación de onda cuadrada simple?

Answer 1

La mayoría de los OpAmps no están destinados a ser utilizados como comparadores porque muchos tienen 'Diodos de Abrazadera' utilizados para protección en sus etapas de entrada que pueden convertirse en un problema en este caso de uso, hay algunas excepciones como LM358 y el siempre popular ua741, mientras que Op Amps como TL072 sí los tienen (puedes ver que su hoja de datos especifica la Corriente de Abrazadera), pero ten en cuenta que los fabricantes usualmente no están siempre especificando esto.

                  

También puedes pensar en un Disparador de Schmitt como un 'Circuito de OpAmp Especializado' que, entre otras cosas, no tendría 'Diodos de Abrazadera' en la entrada. Puedes revisar una de mis otras respuestas en las que entro en muchos más detalles sobre cómo se diseña el Disparador de Schmitt utilizando un OpAmp.

                              

Otra cosa a tener en cuenta es que los osciladores dependen de una 'Ganancia en lazo cerrado' del sistema, y mientras que un OpAmp ideal tiene una 'Ganancia en Lazo Cerrado' constante hacia el infinito, los Op Amps reales no porque están limitados por la 'Ganancia en Lazo Abierto', puede ser el caso de que estés utilizando un OpAmp ideal en tus simulaciones, o el modelo podría, o no ser completamente preciso.

  

Finalmente, es probable que a medida que aumenta la frecuencia, la 'Ganancia en Lazo Cerrado' se vuelva menor que uno, en cuyo caso tendrás un "Oscilador Amortiguado", lo que provocará que la oscilación finalmente se detenga.

                      

Si deseas más detalles:

• ¿Es correcto utilizar Op Amps como comparadores?
• Operación del Oscilador

Answer 2

Tu problema principal es el NPN Vce(sat) . Aunque esto estará cerca de 0V si el control V está más cerca de 0, la frecuencia baja y se detiene

Este tema ha sido discutido muchas veces en este foro, pero ofrezco nuevas mejoras. Problemas:

Suministro único

Vout debe ser <<0.5V al NPN, de lo contrario agregar 1K a través de Vbe o usar cualquier NFET.

El nivel de la señal puede ser aumentado reduciendo la relación de realimentación positiva de 2:1 a 1:10

• Por ejemplo, Rf/Rin+=1M:100k con 1M a Vcc/2 o 2M pullup y 2M pulldown.
  Esto produce un rango de 10V en un suministro único de 15V centrado en Vcc/2.

Suministro dividido

Vout no debe exceder el máximo Vbe inverso de -5V. Es mejor usar un NFET aquí.

• cambiar +5V Vref a 0V para simetría

Ambas configuraciones anteriores

• El control V en todos los casos utilizando Vbe ref a tierra se convierte en Vcc*2 menos el margen de maniobra o Vcm máx.

• Si el voltaje de control = 0V, dejará de oscilar, lo cual no es difícil de evitar, examina el voltaje de desplazamiento de entrada.

• usar cualquier NFET en lugar de un NPN

• Victor plantea un buen punto con los diodos de entrada, pero las resistencias de entrada Vin+ limitan la corriente de entrada, por lo que está bien para el LM358, porque estamos operando en ganancia 0 al recortar como comparador. De lo contrario, los OpAmps CMOS de entradas diferenciales pueden mantenerse al mínimo con resistencias R en serie de 100k y agregando diodos de protección.

• Agregando un 100K en serie para equilibrar la Z de entrada y el voltaje de desplazamiento para una mejor simetría a partir de la corriente de polarización de entrada.

Answer 3

Ese circuito en particular debería ser completamente libre de problemas, ya sea en simulación o en la vida real. Es solo un integrador y un disparador Schmitt.

Sin embargo, parece que has sustituido un amplificador operacional diferente, uno que no es "de alimentación única". Dependiendo del rango de oscilación de salida y del rango de modo común de entrada, fácilmente podría ser poco fiable.

También necesitas el V+/2, que se puede crear dividiendo los 51K en un divisor de dos resistencias de 100K.