Amplificador operacional como comparador a alta frecuencia

Question

Intento generar una señal PWM sinusoidal usando circuitos analógicos. Quiero comparar mi onda sinusoidal y mi onda triangular usando un amplificador operacional (LM741) que tiene un tiempo de subida de 0,3 µs y una velocidad de giro de 0,5 V/µs, que será buena a 5 kHz teóricamente. Pero no estoy obteniendo una buena salida PWM.

Así que primero intenté comparar la onda sinusoidal con un voltaje de referencia (2,2 voltios). Amplitud de la onda sinusoidal = 2,5 voltios (5 V de pico a pico) y frecuencia 100 Hz y 5 kHz.

• A baja frecuencia (digamos 100 Hz), la salida es buena
• A alta frecuencia (digamos 5 kHz), la salida es muy mala.

¿Cuál será el problema...

Si la respuesta es el problema del comparador, pero la velocidad de giro es de 0,5 V/µs.

El cálculo de la velocidad de giro para una señal sinusoidal...

Tasa de caída = Vm * 2pi * Frecuencia

     = 5 V * 2pi* 5000 Hz

     = 1570796 volt per second or 0.15 V/µs

Teóricamente la velocidad de giro de 0,5 V/µs estará bien para una señal sinusoidal de 5 kHz y 5 voltios de pico a pico. Pero en mi caso la señal está distorsionada.

¿En qué me equivoco?

Answer 1

Las recomendaciones para usted son muy sencillas.

1. Utilice un comparador para esta aplicación en lugar de un opamp.

2. Seleccione una pieza más nueva que funcione con un tiempo de respuesta de órdenes de magnitud más rápido.

Sería lo mejor si el 741 pudiera ser erradicado de la faz de la tierra.

Esto es lo que se puede conseguir con el venerable LM393 a 5kHz. El circuito mostrado funcionará incluso hasta unos 50kHz antes de que el retardo del LM393 empiece a distorsionar el ciclo de trabajo PWM.

Answer 2

Los opamps funcionan lentamente con tensiones de alimentación bajas. Además, están diseñados para trabajar en la región lineal. Cuando se saturan, como en su aplicación, la respuesta tiene un tiempo muerto imprevisible. antes de que la saturación interna desaparezca.

Sólo puedo repetir lo que ya se ha dicho: Consigue un comparador. El 741 fue un avance notable hace medio siglo, pero las cosas han evolucionado mejor desde entonces.

Answer 3

Los op-amps son susceptibles de enclavamiento . La recuperación de la saturación en los rieles no es algo automático. Los valores que estás leyendo son para el amplificador operacional que trabaja en modo de retroalimentación, no en modo de bucle abierto. Tendrías que encontrar un amplificador óptico diseñado para minimizar el latch-up, o mejor aún, cuando necesites un comparador, compra un comparador.

Answer 4

[modificado para funcionar con carriles de +9/-6 voltios] Puedes probar esto, si quieres una solución discreta. El retardo, sin resistencia de protección de entrada, debería ser de unos 20 nanosegundos.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

La velocidad estará limitada por Rin (10Kohm) y un mínimo efecto Miller Cin (¿20pF?), por lo que el retardo de propagación será de unos 0,2 us (200 nanosegundos).

Answer 5

La mayoría de los amplificadores operacionales tienen una compensación interna en forma de condensador de chip.

Esto los hace muy lentos, pero más estables en los circuitos analógicos.

¿Por qué no utilizar un comparador barato como LM393 ?