Razão para um breve pico na saída do amplificador operacional ao cruzar 0V?

Alguém reconhece esse pico na saída de um amplificador operacional quando o sinal cruza 0V? Ele sobe ao cruzar para cima e para baixo ao cruzar para baixo. Em um dos vídeos do EEVBlog, Dave apontou para algo exatamente assim no osciloscópio e disse (à parte) que isso poderia acontecer ao usar um resistor de feedback de 10k ou algo parecido. Mas não lembro qual vídeo foi. Essa é a saída de um TL071 (na verdade 1/4 de um TL074). É alimentado a partir da saída de 2 outros TL071s através de resistores de 2.2k, e o feedback tem um potenciômetro de 10k.

esquemático

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Atualização 10 de março

Como mencionado nos comentários abaixo, o circuito consiste no processador ATmega328P que conduz 8 linhas em um R2R DAC. A saída do DAC e uma tensão de polarização DC destinada a centralizar a saída do DAC em 0V alimentam um amplificador operacional TL071 inversor. A saída deste amplificador operacional é "OA2OUT" no esquema acima.

esquemático

^{simule este circuito}

A saída de rede R2R tem impedância de 10k, representada por R4. R1 e R2 me fornecem uma tensão de offset e têm uma impedância paralela de 9,5k, que é bem próxima de 10k. O resistor de realimentação R3 também é 10k. Então, acho que esse circuito somará e inverterá o R2R e compensará as tensões.

Quando verifico a saída da rede R2R no ponto R2ROUT, não vejo o pico.

Quando verifico a saída do amplificador operacional no VOUT, vejo o pico.

Eu tentei algumas outras coisas. Tentei substituir o resistor de feedback de 10k por um resistor de 2.2k, só porque estava por aí e porque lembro de Dave mencionando algo sobre um resistor de 10k no vídeo EEVBlog. Isso fez o pico piorar.

Tentei substituir o amplificador operacional TL074 por um amplificador operacional LM6144. Eu tenho usado esse circuito para testar vários amplificadores operacionais e tentar entender o que os torna todos diferentes, então eu sei que o circuito funciona (mais ou menos) com todos eles. Desta vez, tive picos em cada transição.

Finalmente, tentei um TLV2374, o que é fantástico, mas ainda vejo o pico. É menor, mas ainda está lá.

Ainda tentando descobrir isso. Obrigado a todos por sua ajuda até agora!

Atualização 13 de março

Tentei medir a saída R2R com uma carga R / 10 (1k) conforme o comentário do @WhatRoughBeast abaixo. Agora eu vejo o pico! Também parece muito mais barulhento ... o que foi algo que notei antes e tentei consertar com capacitores de 10uF nos trilhos de energia e no terreno virtual. "Funcionou" no sentido de reduzir o ruído, mas também introduziu a oscilação / toque que eu mencionei quando tentei instalar uma pequena tampa para suavizar a saída do DAC. Todas essas coisas estão obviamente relacionadas, mas não sei ao certo como.

A propósito, eu tentei o resistor de 100 ohms sugerido por Brian Drummond anteriormente, mas o sinal resultante foi tão borrado e barulhento que eu não sabia dizer o que estava acontecendo.

Então, qual é o objetivo aqui? O problema é obviamente o comportamento do MSB que o @WhatRoughBeast identificou. Ele e o barulho parecem piorar com mais corrente na rede R2R. Eu pensei, ok, armazene o sinal do R2R em um amplificador operacional não inversor antes de fazer qualquer outra coisa com ele, mas quando faço isso, também vejo o pico. É a única solução para filtrá-lo e não se preocupar com isso?

operational-amplifier dac r2r

— Willis Blackburn
fonte

Talvez o nome do efeito que você está procurando seja distorção cruzada .

— pipe

Embora a fonte do sinal seja obviamente um R-2R DAC, a pergunta realmente deve mencionar isso. (NÃO é distorção cruzada) Teste executando o DAC em um resistor de baixo valor de ish (100R) em vez de uma entrada de terra virtual no opamp. Provavelmente não será tão linear, mas você verá o mesmo passo.

— Brian Drummond

Obrigado @Brian Drummond. Não mencionei o R2R porque lembrei do vídeo EEVBlog e tinha certeza de que era um problema de amplificador operacional. Tentando manter a questão focada, mas, neste caso, mais informações teriam sido melhores.

— Willis Blackburn

Com o esquema atualizado, lembre-se de que seu ponto "R2R" é a entrada inversora do amplificador operacional e será mantido em uma tensão constante. Portanto, você não deve ver nada nesse ponto. Tente colocar um resistor R / 10 no terra.

— WhatRoughBeast 13/03

Desconectei o amplificador operacional antes de tirar as capturas de tela de 10 de março.

— Willis Blackburn

Respostas:

O que você está vendo é uma incompatibilidade do tempo de ativação / desativação do msb em comparação com os outros bits.

Finja por um momento que este é um DAC de 8 bits, no código 01111111. Se o próximo código fosse 1000000, você obteria uma etapa bem-comportada. Mas o que está acontecendo é que internamente o msb responde um pouco mais rápido que os outros bits. Isso significa que a transição é realmente 0111111 a 1111111 a 10000000. O código 11111111 persiste apenas por um período muito curto, mas enquanto está lá, a saída tenta ir para a escala completa. Como o tempo de incompatibilidade (chamado de inclinação do bit) dura apenas um período muito curto, você recebe um pulso relativamente pequeno (geralmente chamado de falha). Esse efeito é realmente muito importante nos DACs de vídeo, pois os olhos são muito sensíveis a esse tipo de coisa, e uma característica importante para o DAC de vídeo é a energia total de falhas.

— WhatRoughBeast
fonte

Desculpe, marquei você como correto, mas desmarcou-o porque ainda não posso confirmar que esse é o caso. Preciso ver se a falha está presente na saída do DAC antes de entrar no amplificador operacional. Faz sentido embora.

— Willis Blackburn

Poderia a razão para isso ser que o DAC é de fato uma rede R2R de 8 bits e o MSB está fisicamente mais próximo da saída? Talvez o resto do circuito tenha alguma capacitância e, portanto, parte do sinal 01111111 permaneça quando as entradas mudarem para 10000000?

— Willis Blackburn

@WillisBlackburn - existem inúmeras possibilidades. O fato de o tamanho da etapa ser maior para a etapa com a falha certamente indica que há algo diferente na unidade msb. No entanto, considerando a relativamente longa base de tempo mostrada (20 usec / div), é improvável o problema de posicionamento. A falha parece ter uma largura entre 10 e 100 segundos de nsec, e isso é demais para ser explicado pelos atrasos no posicionamento. Capacitância perdida? Não posso dizer sem um esquema do DAC.

— WhatRoughBeast

@WhatRoughBeast Estou intrigado sobre como você chegou a essa resposta, pois a pergunta não menciona um DAC (tanto quanto eu sei). Claramente, existe um DAC como OP concordou, e a resposta parece certa, mas você tem uma bola de cristal ou algo assim?

— abligh

É uma unidade paralela. As portas D0 a D7 em um ATmega328P são conectadas diretamente às entradas da rede R2R. Usei a porta D porque é a única porta com 8 bits que pode ser configurada com uma única instrução. (A porta C possui o bit 6 ocupado pelo pino de redefinição e o bit 7, enquanto os bits da porta B 6-7 são ocupados pelo cristal externo e, é claro, não há porta A.) Portanto, tenho certeza de que todos os comutadores estão sendo definido simultaneamente dentro dos limites da capacidade dos microcontroladores. Esta noite, verei se a falha aparece na saída R2R.

— Willis Blackburn

O problema que você vê parece ser do OpAmps, como mostraram suas experiências. Tente colocar um resistor em série com a entrada inversora do OpAmp (ou seja, entre o nó comum R1 / R2 / R3 / R4 e a entrada inversora. Use 10k ou mais para iniciar. Você pode adicionar outro à entrada não inversora se você se importa com o deslocamento na saída.

— Pessoas Anônimas
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