Este é um ótimo exemplo de por que as várias limitações físicas de diferentes amplificadores operacionais precisam ser consideradas.
Você está correto, não é um poste. De fato, não tem nada a ver com o circuito em si, nem com parasitas ocultos ou algo assim.
Há uma pista enorme e vital escondida à vista de todos. Os picos acontecem com o LM324. Eles não fazem com o TL084. Aqui está a sua resposta. A causa tem algo a ver com o próprio LM324. Mas o que o TL084 tem que o LM324 não tem?
Rapidez.
Ou, mais especificamente, a taxa de variação. Isso é quantos volts por microssegundo (ou qualquer medida de tempo que você preferir) o amplificador operacional pode reduzir ou mexer sua saída, independentemente de todas as outras considerações. Isso é diferente da mudança de fase. Eu gosto de pensar na fase como um atraso que é introduzido, é como um tempo de reação, mas o amplificador operacional ainda é capaz de recriar fielmente o sinal de entrada em sua saída (ou seja lá o que o amplificador operacional estiver configurado para fazer), até se não estiver em boa fase com a entrada.
Taxa de giro não é isso. A taxa de rotação não é a velocidade em termos de atraso ou tempo de reação. É sobre a rapidez com que o sinal em si está realmente mudando. Se o sinal de entrada mudar tão rápido que a recriação do sinal amplificado na saída exceder a taxa de variação do amplificador operacional ... isso não funcionará. O amplificador operacional não pode se mover tão rápido.
O que você vê neste caso específico é mudar o ruído da primeira onda quadrada do LM324. Observe a onda triangular e a onda quadrada no seu osciloscópio e você verá os picos
Existem amplificadores operacionais que podem girar vários milhares de volts por microssegundo. Para esses amplificadores operacionais muito rápidos e flexíveis ... bem, seus negócios estão se mexendo. E os negócios são bons.
Depois, existem amplificadores operacionais que não conseguem nem gerenciar um volt inteiro em um microssegundo. Amplificadores de operação (Op Amps) como o LM324. Possui uma taxa de variação de apenas 0,5V / µs. Para ser franco, é mais lento que uma preguiça na cetamina.
Por ser tão lento, em seu circuito, não é capaz de reagir com rapidez suficiente.
Claro como lama, certo? Deixe-me explicar um pouco.
Hora da história!
Peço desculpas antecipadamente, mas vou personificar os amplificadores operacionais, porque, francamente, ninguém me disse para não fazê-lo.
Vamos ignorar o LM324 que gera a onda quadrada, não é realmente um participante significativo nesse fenômeno. Basta lembrar que o primeiro LM324 existe para criar o mais próximo possível de uma onda quadrada, o que impulsiona a onda triangular do segundo e mais espetacular LM324.
Agora, nosso segundo LM324 está configurado como um filtro passa-baixo, que também pode ser visto como um integrador.
Na primeira parte da nossa onda quadrada, é baixa, abaixo do solo. Está na região do platô, e nosso integrador LM324 está felizmente carregando os capacitores C1 a R3. A corrente é uma constante Vin_low / R3, e a saída do amplificador operacional aumenta linearmente à medida que o capacitor é carregado. É isso que queremos, é isso que está gerando a onda triangular bem modelada que construímos o circuito para produzir.
De repente, porém, algo desastroso ocorre para nosso pobre pequeno amplificador operacional. A entrada, com quase nenhum aviso, mudou repentinamente de Vin_low (vamos chamá-lo de -1V) para Vin_high, que é + 1V! A entrada inverteu completamente a polaridade e rápido! Muito rápido para que este amplificador operacional parecido com uma tartaruga espere acompanhar.
A taxa de variação essencialmente expõe a resistência de saída diferente de zero de um amplificador operacional. Isso aumenta com as frequências mais altas, o que resulta em perda de ganho, até que você realmente exija o amplificador operacional o mais rápido possível, e agora sua saída age como uma região linear resistiva. Ele está tentando forçar sua saída o mais rápido que seus pequenos transistores conseguem gerenciar.
Então, o que temos agora é toda a carga que o nosso LM324 passou todo o ciclo baixo da onda quadrada empurrando para o capacitor, com a nova voltagem de polaridade oposta impressa no mesmo capacitor. Como a saída não mudou com rapidez suficiente, obtemos um pulso de corrente que acopla o capacitor à entrada.
Você pode vê-lo forçando artificialmente o 'terra' na saída, ou apenas como um pulso de corrente excedendo a entrada e causando um pico na saída. É um problema muito típico em integradores limitados de taxa de variação como esta.
Agora, o resistor de carga não está realmente eliminando o pico, mas uma vez que é baixo o suficiente para dominar qualquer corrente que normalmente precisaria depender da resistência de saída do amplificador operacional (que é a mais alta quando a taxa de variação limitada), então a magnitude do pico será reduzida cada vez mais até que esteja tão bom quanto se foi. Pode fluir através do resistor de carga e ser menos afetado pela impedância / resistência de saída do amplificador operacional.
O TL084 funciona sem nenhum resistor de carga porque sua impedância ainda é bastante baixa, mesmo nos tempos de subida e descida rápidos da entrada de onda 'quadrada'. É com prazer que o switcheroo de onda quadrada é dado com facilidade, enquanto simplesmente confunde e assusta o pobre LM324.
Podemos dizer que é isso que está acontecendo, observando a localização real de onde os picos estão ocorrendo. Veja como eles não estão perfeitamente alinhados com os picos e vales do triângulo (que também são os pontos de cruzamento zero da onda quadrada)? Os picos ocorrem um pouco depois disso. Sinto o cheiro de travessuras de capacitores.
Sim. Você pode confirmar tudo isso medindo a corrente através de C1 e observando como isso afeta a tensão de entrada logo após R3. Sobreponha sua onda triangular, e estou confiante de que você será capaz de pôr empiricamente esse mistério para descansar!
Eu fiz o meu melhor para explicar, mas não é tão fácil. Para uma explicação mais semelhante a um livro-texto, consulte a "página" 6.180 de Amplificadores de sinal de Walt Jung .
TLDR : As preguiças são lentas, principalmente na cetamina.
