跨0V时运放输出出现短暂尖峰的原因是什么?


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当信号超过0V时,有人能在运算放大器的输出中识别出此尖峰吗?向上穿越时尖峰上升,向下穿越时尖峰上升。在一个EEVBlog视频中,Dave指出了示波器上完全一样的东西,并说(顺便说一句),当使用10k反馈电阻或类似东西时,可能会发生这种情况。但我不记得那是哪个视频。这是TL071的输出(实际上是TL074的1/4)。它由另外2个TL071的输出通过2.2k电阻馈入,反馈有一个10k电位器。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

峰值为0V

3月10日更新

如下面的评论所述,该电路由将8条线驱动到R2R DAC中的ATmega328P处理器组成。DAC的输出和旨在将DAC输出以0V为中心的直流偏置电压馈入反相TL071运算放大器。在上图中,该运算放大器的输出为“ OA2OUT”。

原理图

模拟该电路

R2R网络输出具有10k阻抗,由R4表示。R1和R2给了我一个偏移电压,并具有9.5k的并联阻抗,非常接近10k。反馈电阻R3也为10k。因此,我认为该电路将求和并反转R2R和偏置电压。

当我在R2ROUT点检查R2R网络的输出时,看不到峰值。

没有秒杀

当我在VOUT处检查运算放大器的输出时,我看到了尖峰。

尖峰

我尝试了其他一些东西。我试图用2.2k电阻代替10k反馈电阻,只是因为它在附近,而且我还记得Dave在EEVBlog视频中提到了有关10k电阻的内容。这使峰值变得更糟。

更大的峰值

然后,我尝试用LM6144运算放大器替换TL074运算放大器。我一直在使用该电路尝试各种运算放大器,并试图了解使它们与众不同的原因,因此我知道该电路适用于所有这些放大器。这次我在每个过渡上都遇到了麻烦。

罗莎尖峰

最终,我尝试了一个TLV2374,这很棒,但是我仍然看到峰值。它较小,但仍然存在。

最后一秒

仍在尝试找出这一点。到目前为止,感谢大家的帮助!

3月13日更新

尝试按照以下@WhatRoughBeast注释在R / 10(1k)负载下测量R2R输出。现在我看到了峰值!似乎也很嘈杂...这是我之前注意到的,并尝试使用10uF电容器固定在电源轨和虚拟地上。它在降低噪声的意义上“起作用”,但是它也引入了我在尝试安装小电容帽以平滑DAC输出时提到的振荡/振铃。所有这些事情显然都是相关的,只是不确定如何。

尖峰和噪音

顺便说一句,我确实尝试了@Brian Drummond建议的100欧姆电阻器,但是结果信号被拖尾了,而且很吵,以至于我不知道发生了什么。

那么,这里的要点是什么?问题显然是@WhatRoughBeast确定的MSB行为。随着R2R网络中电流的增加,噪声和噪声似乎会越来越严重。我以为可以在进行其他任何操作之前先通过同相运算放大器缓冲R2R信号,但是当我这样做时,我也会看到峰值。是唯一将其过滤掉而不必担心的解决方案吗?


也许您正在寻找的效果的名称就是分频失真

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尽管信号源显然是R-2R DAC,但这个问题确实应该提及。(这不是交叉失真),通过将DAC运行到低阻值电阻(100R)而不是运放上的虚拟接地输入进行测试。它可能不会完全线性,但是您将看到相同的步骤。
Brian Drummond

谢谢@Brian Drummond。我没有提到R2R,因为我记得EEVBlog视频,并且确定这是运放问题。试图使问题集中,但是在这种情况下,更多的信息会更好。
威利斯·布莱克本

使用更新后的原理图,请注意,您的“ R2R”点是运算放大器的反相输入,将保持恒定电压。因此,您此时不应看到任何内容。尝试将R / 10电阻接地。
WhatRoughBeast

在拍摄3月10日的屏幕快照之前,我断开了运算放大器的连接。
威利斯·布莱克本

Answers:


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您所看到的是与其他位相比,msb的开启/关闭时间不匹配。

假装这是一个8位DAC,代码为01111111。如果下一个代码为1000000,则您会表现得很好。但是正在发生的事情是,在内部,msb的响应速度比其他位更快。这意味着转换实际上是从0111111到1111111到10000000。11111111代码仅持续很短的时间,但是在那里,输出尝试达到满量程。由于失配时间(称为位偏斜)仅会持续很短的时间,因此您只会得到一个相对较小的脉冲(通常称为毛刺)。这种效果实际上在视频DAC中非常重要,因为人眼对这种事物非常敏感,而视频DAC的一个重要特征是总毛刺能量。


抱歉,我标记了您的权利,但是未标记它,因为我还不能确认情况是否如此。在进入运算放大器之前,我需要查看DAC输出上是否存在毛刺。虽然有道理。
威利斯·布莱克本

可能是因为DAC实际上是8位R2R网络,而MSB在物理上最接近输出吗?也许电路的其余部分具有一定的电容,因此当输入切换到10000000时,仍然保留01111111信号的一部分吗?
威利斯·布莱克本

@WillisBlackburn-有很多可能性。对于出现毛刺的步长,步长较大这一事实无疑表明,MSB驱动器存在一些不同之处。但是,由于显示了相对较长的时基(20 usc / div),因此您不太可能担心放置问题。毛刺的宽度似乎在10到100纳秒(nsec)之间,这太多了,无法用放置延迟来解释。杂散电容?没有DAC原理图就无法分辨。
WhatRoughBeast

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@WhatRoughBeast我很困惑,因为问题实际上没有提到DAC(据我所知),您如何获得此答案。正如OP所同意的,显然有一个DAC,答案似乎正确,但是您有水晶球吗?
2013年

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这是一个并行驱动器。ATmega328P上的端口D0至D7直接连接到R2R网络的输入。我使用端口D是因为它是唯一可以用一条指令设置的8位端口。(端口C的第6位被复位引脚占用,而没有位7,而端口B的第6-7位被外部晶振占用,当然也没有端口A。)因此,我很确定所有的开关都是在微控制器能力范围内同时设置。今天晚上,我将看看故障是否出现在R2R输出上。
威利斯·布莱克本

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如实验所示,您看到的问题似乎来自OpAmps。尝试将一个电阻与OpAmp的反相输入串联(即,在公共节点R1 / R2 / R3 / R4与反相输入之间)。使用10k左右的电阻启动。您可以在同相输入上添加另一个电阻如果您关心输出的偏移量。

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