跨越 0V 时运算放大器输出出现短暂尖峰的原因是什么?

电器工程 运算放大器 解码器 r2r
2022-01-23 02:00:29

当信号越过 0V 时,是否有人识别出运算放大器输出中的这种尖峰?上下交叉时,它会在上下交叉时出现尖峰。在其中一个 EEVBlog 视频中,Dave 指出了示波器上类似的东西,并说(顺便说一句)使用 10k 反馈电阻或类似的东西时可能会发生这种情况。但我不记得是哪个视频了。这是 TL071 的输出(实际上是 TL074 的 1/4)。它通过 2.2k 电阻从另外 2 个 TL071 的输出馈电,反馈有一个 10k 电位器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

尖峰电压为 0V

3月10日更新

正如下面评论中提到的,该电路由 ATmega328P 处理器组成,将 8 条线路驱动到一个 R2R DAC。DAC 的输出和旨在使 DAC 输出居中为 0V 的直流偏置电压馈入反相 TL071 运算放大器。该运算放大器的输出为上图中的“OA2OUT”。

示意图

模拟这个电路

R2R 网络输出具有 10k 阻抗,由 R4 表示。R1 和 R2 给我一个偏移电压,并联阻抗为 9.5k,非常接近 10k。反馈电阻R3也是10k。所以我认为这个电路将求和并反转 R2R 和偏移电压。

当我在 R2ROUT 点检查 R2R 网络的输出时,我没有看到尖峰。

没有尖峰

当我在 VOUT 检查运算放大器的输出时,我看到了尖峰。

一个尖峰

我尝试了其他一些东西。我尝试用 2.2k 电阻替换 10k 反馈电阻,只是因为它在周围,而且我记得 Dave 在 EEVBlog 视频中提到了关于 10k 电阻的内容。这使峰值变得更糟。

更大的尖峰

然后我尝试用 LM6144 运算放大器替换 TL074 运算放大器。我一直在使用这个电路来尝试各种运算放大器,并试图了解是什么让它们变得不同,所以我知道这个电路(有点)适用于所有这些。这一次,我在每次过渡时都出现了尖峰。

洛萨钉

最后我尝试了一个 TLV2374,这很棒,但我仍然看到了尖峰。它更小,但仍然存在。

最后一针

仍在试图弄清楚这一点。感谢大家到目前为止的帮助!

3月13日更新

根据下面的@WhatRoughBeast 评论,尝试使用 R/10 (1k) 负载测量 R2R 输出。现在我看到了尖峰!似乎也更嘈杂......这是我之前注意到的,并试图在电源轨和虚拟地之间使用 10uF 电容器进行修复。从某种意义上说,它“起作用”了它降低了噪音,但它也引入了我在尝试安装一个小电容以平滑 DAC 输出时提到的振荡/振铃。所有这些事情显然是相关的,只是不确定如何。

尖峰和噪音

顺便说一句,我之前确实尝试过@Brian Drummond 建议的 100 欧姆电阻,但产生的信号是如此模糊和嘈杂,以至于我无法判断发生了什么。

那么这里的要点是什么?问题显然是@WhatRoughBeast 确定的 MSB 行为。随着更多电流通过 R2R 网络,它和噪音似乎变得更糟。我想,好吧,先通过同相运算放大器缓冲 R2R 信号,然后再用它做任何其他事情,但是当我这样做时,我也看到了尖峰。是过滤掉它而不担心它的唯一解决方案吗?

2个回答

您看到的是 msb 与其他位相比的开启/关闭时间不匹配。

假设这是一个 8 位 DAC,位于代码 01111111。如果下一个代码是 1000000,那么您将得到一个表现良好的步骤。但是发生的情况是,在内部,msb 的响应比其他位快一点。这意味着转换实际上是从 0111111 到 1111111 到 10000000。11111111 代码只持续很短的时间,但是当它在那里时,输出会尝试达到满量程。由于失配时间(称为位偏斜)仅持续很短的时间,您只会得到一个相对较小的脉冲(通常称为毛刺)。这种效应实际上在视频 DAC 中非常重要,因为眼睛对这类事情非常敏感,而视频 DAC 的一个重要特征是总毛刺能量。

正如您的实验所示,您看到的问题似乎来自 OpAps。尝试在运算放大器的反相输入端串联一个电阻(即在公共节点 R1/R2/R3/R4 和反相输入之间。使用 10k 左右启动。您可以在同相输入中添加另一个如果您关心输出的偏移量。