Wzmacniacz operacyjny się wzbudza

Hej,

Wybaczcie, jeśli popełniam jakiś trywialny błąd, ale mimo usilnych starań elektronika analogowa nigdy nie była moją specjalnie mocną stroną :(

Jakiś czas temu zrobiłem sobie antenę mini-whip. Taką:

formatting link
Tylko kondensatory nieco pozwiększałem (560nF zamiast 100nF), żeby mniej ograniczyć pasmo od dołu.

Do anteny jest prosty układ zasilający.

formatting link
Antena sobie wisi i wygląda na to, że działa.

Dziś postanowiłem zrobić do niej wzmacniacz, żeby móc odbierać transmisje VLF -- z jednej strony antena, z drugiej karta dźwiękowa, a w środku wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu i dwa filtry. Bez wzmacniacza niestety poziom sygnału jest bardzo niewielki.

Wzmacniacz wygląda tak:

formatting link
Założenie jest takie, że:

- do CON1 podłączam zasilanie

- do CON2 podłączam antenę

- do CON3 podłączam wejście liniowe karty dźwiękowej

- C7 wraz z kondensatorem 560 nF w antenie oraz R3 i R4 tworzy HPF 272 Hz

- S1 jest w stanie obejść ten HPF (zmniejszyć częstotliwość do 32 Hz)

- R2 wraz z C9 tworzy LPF o częstotliwości 23.5 kHz

- S2 jest w stanie obejść ten LPF (wyłączyć)

- C10 wraz z R5 (i VR1?) tworzy dodatkowo HPF... nie wiem, jak wyliczyć jego częstotliwość -- czy będzie to 34 Hz? Celem C10 jest tak naprawdę jedynie odseparowanie DC

- T1 i T2 zabezpieczają wejście wzmacniacza przed zbyt silnymi sygnałami

Jak widać, oba istotne filtry są na wejściu nieodwracającym. To dlatego, że nie byłem pewien, jak zaprojektować filtr na wejściu odwracającym, żeby działał niezależnie od ustawionego wzmocnienia...

I teraz tak... po podłączeniu generatora układ wydaje się działać mniej więcej poprawnie (tylko te filtry wyglądają, jakby dosyć słabo filtrowały, ale jedynie na oko -- nie mierzyłem jeszcze). Problem jest natomiast po podłączeniu anteny.

Układ wchodzi wtedy w oscylacje. Coś się wzbudza. Tak wygląda wyjście przy VR1 ustawionym na zero (wzmocnienie 1x):

formatting link
Przy zwiększaniu wzmocnienia oscylacje robią się większe, wzmacniacz szybko się przesterowuje.

Podłączenie oscyloskopu do wejścia antenowego (równolegle z anteną) gasi te oscylacje. Zwarcie rezystora R2 też je gasi. Ustawienia przełączników od filtrów nie wydają się mieć na nie dużego wpływu (włączenie LPF trochę zmniejsza ich poziom, ale częstotliwość się nie zmienia). Podłączenie lub odłączenie karty dźwiękowej też nie ma wpływu.

Macie pomysł, o co tu chodzi? Gdzie robię błąd?

Reply to
Queequeg
Loading thread data ...

W dniu 01.12.2019 o 06:36, Queequeg pisze:

Skoro zwarcie R2 gasi oscylacje, to prawdopodobnie sprzężenie nastepuje po linii zasilania. Piszesz o małych częstotliwościach, więc spróbuj przyblokować zasilanie większej pojemności tantalem. Masz 22 micro, trochę mało. Popatrz na zasilanie oscyloskopem, ale na najwyższej czułości i wpatruj się dokładnie.

Reply to
Cezary Grądys

Skąd taki wniosek? Tzn. nie sugeruję, że błędny, ale po prostu chciałbym wiedzieć.

Jest 22uF elektrolit + 100nF (zwykły SMD). Dorzuciłem większy elektrolit

-- bez zmian. Dorzuciłem 100nF X7R -- bez zmian. Dorzuciłem 100uF elektrolit -- bez zmian. Nie mam pod ręką tantala o większej pojemności, ale jeśli zmiana pojemności nie powoduje żadnej zmiany w oscylacjach, to taki tantal pomoże?

Tak... 12V szaleje. Są cykliczne (zsynchronizowane z tymi na wyjściu) oscylacje 26 MHz (choć nie wiem, na ile oscyloskop dobrze pokazuje, bo ma zakres do 25 MHz)...

formatting link

5V też.

formatting link
Dorzuciłem dławik (470uH) na zasilaniu (między częścią górną i dolną) -- bez zmian. Żaden kondensator, czy to przed stabilizatorem czy za, nic nie zmienia.

Dziwne, że dławik nic nie zmienił. Może to masą idzie? Wrzuciłem dławik

10uH między zasilaniem górnej części a dolnej i drugi między masami, ale też to nic nie zmieniło.

Dorzucenie 100nF równolegle do L1 wygasiło te oscylacje, ale przecież taki kondensator zaprzecza idei L1...

Reply to
Queequeg

W dniu 2019-12-01 o 20:05, Queequeg pisze:

Mam podejrzenie, że 100n na 5V masz przy stabilizatorze a bezpośrednio na wzmacniaczu nie masz żadnego blokującego kondensatora (tak sugeruje mi schemat). Dalsza wypowiedź ma sens tylko jeśli to podejrzenie jest słuszne. Zobacz, czy przypięcie bezpośrednio na nogi wzmacniacza 100n coś zmieni. Jeśli tak, ale nie do końca to by znaczyło, że kierunek słuszny, ale połączenie 'w powietrzu' trzeba zastąpić dobrym (maksymalnie krótkim) podłączeniem jakiegoś 100n o minimalnym ESL (czyli najlepiej SMD).

Z mojej pamięci (stare dane) - wzmacniacze o paśmie 1MHz to te z natury stabilne. Wzmacniacze o paśmie 20MHz to te dla których trzeba kombinować, aby były stabilne. Ten ma 5MHz i piszą, że stabilny. Ale przy takim paśmie to mam obawy, że jakikolwiek błąd na płytce (nie w schemacie a w ścieżkologii) może tę stabilność zniszczyć. Na schemacie masz 100n blokujący zasilanie wzmacniacza ale jak to się przekłada na płytkę?

Przy okazji: użycie symbolu VCC dla 12V trochę mnie najpierw zmyliło. P.G.

Reply to
Piotr Gałka

Tak właśnie jest. Na początku chciałem dodać 100n przy wzmacniaczu, ale ścieżki są na tyle krótkie że stwierdziłem, że "obejdzie się". Może się przeliczyłem?

formatting link
Stabilizator to jedyny element TO-92, wzmacniacz SO-8. Widok jest od strony elementów (niebieskie ścieżki to strona ścieżek, żółte obrysy to obrysy elementów THT, różowe to obrysy elementów SMD). Pojedyncze pady (okrągły pad, kwadratowy obrys) to miejsca przylutowania przewodów (między płytkami i do elementów na obudowie -- trzech złącz, dwóch przełączników i jednego LEDa).

Spróbuję wieczorem (jestem teraz w pracy, a układ w domu...).

Spójrz jeszcze na ścieżki pod VR1 (kwadratowy element THT po lewej stronie wzmacniacza). Sygnał na wejście nieodwracające (nóżka 3) idzie między sygnałem wyjściowym i sygnałem na wejście odwracające (w skrajnym położeniu VR1 to ten sam sygnał). Może tu się robi pojemność, a R2 (10k) jest za duży, żeby przedziwdziałać dodatniemu sprzężeniu, które wtedy powstaje?

R2 wybrałem 10k, bo mini-whip ma 220R w emiterze tranzystora wyjściowego i chciałem użyć rezystora na tyle dużego, żeby żeby był dużo większy niż ten rezystor w mini-whipie (i żeby nie psuć przez to filtra), ale na tyle małego, żeby nie musieć stosować kondensatora rzędu kilkudziesięciu pF (bo wtedy już pojemności pasożytnicze zaczynają mieć znaczenie). Może lepiej byłoby jednak zmniejszyć R2 i odpowiednio zwiększyć C9 (np. 3k3 i 2n2)...

Zastanawiam się tylko, czemu to się dzieje tylko wtedy, kiedy antena jest podłączona, a nie dzieje, gdy zamiast niej podłączam generator (albo nie podłączam nic)...

Tak... VCC to zwyczajowo oznaczenie zasilania logiki, ale nie chciałem tego zaznaczać +12V, bo napięcie może być inne (niektórzy zasilają mini-whip nawet z 20V). Lepiej byłoby to oznaczyć np. VS, +VS?

Reply to
Queequeg

Nie podoba mi się (co nie znaczy, że to na pewno jest źle):

- brak 100n na zasilaniu OpAmpa - tuż przy nim,

- jednostronność płytki,

- fizyczna bliskość wejścia i wyjścia.

Od lat zawsze robię płytki 2-stronne z całą jedną stroną GND - czyli koło każdego pinu który ma iść do GND daję via. Jakbyś nie miał na stronie połączeń GND to równoległego pociągnięcia IN+ i OUT można by było łatwo uniknąć. Każdy czuły układ powinno się tak projektować, że sygnał idzie wzdłuż pokonując kolejne stopnie wzmacniacza itp, a nigdy, że wyjście wraca w okolice wejścia. Tutaj masz tak zarówno w obrębie samego wzmacniacza jak i dla całego układu.

Dla 25MHz 1pF to 6k, a może tam jest więcej tych pF. Czyli sprzężenie może być wystarczające. Z niestabilnością wzmacniacza chyba walczy się np wstawiając jakieś pojedyncze pF między wyjście a wejście nieodwracające, ale nie mam specjalnego doświadczenia.

To jest Rail-to-Rail chyba i na wejściu i na wyjściu. To oznacza, że są jakieś poziomy sygnału wspólnego, gdy następuje przejście z jednego układu wejściowego na drugi układ wejściowy. Charakterystyki mogą nie być identyczne gdy pracuje jedno, czy drugie wejście. Może wzbudzenie jest gdy pracuje jedno z nich. Wtedy mogło by tak być, że przy braku sygnału jest ok, a przy sygnale już nie. Poza tym każda zmiana punktu pracy (nawet bez przełączenia się stopni wejściowych) zmienia nieco parametry małosygnałowe i może tak być, że przy jakimś poziomie sygnału coś się wzbudza. Jeśli chodzi o wyjście to różnica między zwykłym OpAmpem a rail-to-rail jest według mnie mniej więcej taka jak między 7805 a LoDropami. W 7805 praktycznie nie występuje problem wzbudzania się a w LowDropach to jest bardzo powszechny problem.

Pamiętam z czasów studiów laborkę gdzie badaliśmy jakiś scalony wzmacniacz głośnikowy. Bez sygnału nic. Jak był sygnał to na skądinąd ładnej sinusoidzie na wyjściu występował taki bombel wzbudzeń. A ten wzmacniacz (jakiś UL...) na pewno nie miał dwu przełączających się stopni wejściowych i wyjście taż miał klasyczne z wtórnikami (przeciwsobnie) na końcu a nie z dwoma walczącymi ze sobą stopniami odwracającymi. P.G.

Reply to
Piotr Gałka

Tak... to racja.

Spróbuję dorzucić ten kondensator bezpośrednio na zasilanie wzmacniacza. Jak nie pomoże, to przeprojektuję płytkę w ten sposób. Dwustronność to nie problem, a jeśli po drugiej stronie ma być tylko masa to już w ogóle.

Oczywiście wolałbym coś dosztukować i zamknąć w obudowie, żeby działało (mniej roboty), ale jak się nie uda inaczej, to pozostanie przeprojektowanie i faktycznie wylanie masy po drugiej stronie.

Tak... przy tej częstotliwości to prawda. Niby wzmacniacz jest "do 5 MHz", ale to tylko wartość gwarantowana. Kto wie, przy ilu tak naprawdę może pracować, jeśli ma wzmocnienie równe 1 (pewnie datasheet wie, ale nie wczytywałem się aż tak).

Zresztą nawet przy 5 MHz, mając 5 pF, mamy 6k4. Przy tych rezystorach, które mam w układzie, to nie jest nieznaczące (i faktycznie wtedy zwarcie R2 zmniejszy impedancję wejścia i może wygasić oscylacje). Może to jest słuszny trop.

Z drugiej strony, czy włączenie S2 (dołączenie 680pF między wejściem nieodwracającym a minusem zasilania) nie powinno wygasić w takiej sytuacji tych osylacji?

To też mogę zrobić na próbę na pająku, ale jak to miałoby działać?

Hmm, czemu jedno oznacza drugie?

Ale przy sygnale z generatora też jest OK.

Reply to
Queequeg

Coś takiego?

formatting link
Jak teraz policzyć stałą czasową wejściowego HPF? Którą rezystancję wziąć pod uwagę? Samą R6, czy R6 + (R3 || R4)? Intuicja podpowiada, że samą R6 (przy wybranych wartościach będzie 226 Hz, z wyłączonym HPF 10 Hz).

Gdzie dokładnie powinien być ten opornik?

Wstawić go w szereg z L1?

To już jest, 100uF (w nowej wersji zmieniłem na 220uF, a C6 na 100uF, żeby nowy C13 -- 22uF -- był mniejszy od nich, ale rozsądnie duży).

Reply to
Queequeg

Tak.

Tylko R6, kondensatory zwierają składową zmienną do masy.

Kondensator, nie opornik. Od punktu, gdzie łączą się trzy oporniki 1M, do masy.

Tak.

Myślałem o wzmacniaczu antenowym.

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz

Hmm. Ok, jeśli poprawiony wzmacniacz nie pomoże, to tak zrobię.

Tzn. o samej antenie aktywnej, mini-whip?

Nowa wizja jest taka:

Schemat:

formatting link
PCB:

formatting link
PBC z włączonymi symbolami elementów (zaciemnia PCB ale widać, co gdzie jest):

formatting link
Na PCB niebieskie pady są tylko od strony ścieżek (od strony elementów będzie wylana masa z lekko wyfrezowanymi otworami tam, gdzie przechodzą elementy). Pady bordowe łączą się i ze stroną ścieżek i z tą wylaną masą.

Będzie lepiej? Masz / macie jakieś sugestie?

Reply to
Queequeg

W dniu 2019-12-03 o 22:42, Queequeg pisze:

Najłatwiej się takie problemy rozstrzyga na swoim biurku a nie korespondencyjnie. Ja bym na starej płytce próbował dojść z urządzeniem do ładu (szczególnie, że to chodzi o nieduże częstotliwości) i dopiero potem robił nową z założeniem, że jak na starej jest OK ta na lepiej zrobionej będzie OK z zapasem. Zapewne jednym z moich ruchów byłaby zamiana wzmacniacza na taki o paśmie 1MHz i nie rail to rail.

Dawno, dawno temu - jakoś przełom podstawówki i liceum przerabiałem mój woltomierz tranzystorowy na (jedyny jaki miałem) wzmacniacz operacyjny (ULY741). Całość zasilana z jednej płaskiej baterii. Chodzi mi o to, że mimo, że to nie był rail-to-rail to w praktyce udało mi się znaleźć około 1,5V przedział liniowej pracy (nie było to symetrycznie względem zasilań, ale nie pamiętam od której strony było dalej). Stosując taki 'zwyły' OpAmp rozważyłbym też nie obniżanie napięcia aż do 5V. Tak sobie wyobrażam co ja bym próbował, ale nigdy się analogówką za poważnie nie zajmowałem. P.G.

Reply to
Piotr Gałka

Tak, to wiem... ale do biurka nie siądę na pewno do czwartku a może i do piątku. Wczoraj zrobiłem projekt PCB i stwierdziłem, że wrzucę, a do czasu, aż ją wytrawię (właśnie pewnie piątek albo nawet sobota), może ktoś mi wskaże błąd.

Na nowej tak naprawdę mogę dodać na pająku kondensator na zasilaniu op-ampa i przerobić (też na pająku) obwód polaryzacji wejścia nieodwracającego. Może to i opcja... najpierw zrobić to na pająku, a potem, jak będzie działać, zrobić płytkę, a jak tak sobie myślę, to faktycznie on się może wzbudzać właśnie przez to -- reaktancja tych pasożytniczych pojemności przy tych częstotliwościach to pojedyncze kiloomy...

Inna sprawa, że wejścia od wyjścia na obecnej płytce nie odseparuję.

Hmm, mówisz? Masz jakąś sugestię? TL071 ma utility-gain bandwidth 3 MHz, nadal sporo. W szufladzie nie mam innych pojedynczych (czyli pasujących pinoutem), same podwójne i poczwórne, więc i tak musiałbym kupić.

Dzisiejsze op-ampy chyba nie mają już tego problemu i dopóki wyjście się nie nasyci, to pracują liniowo?

Tu obniżyłem, bo MCP6281 wymaga niskiego napięcia.

Właśnie ja też nie, ale próbuję :)

Reply to
Queequeg

W dniu 2019-12-04 o 10:36, Queequeg pisze:

Były i są dwa tematy - nasycenie wyjścia i zakres napięcia na wejściach. Współczesne nie rail to rail są chyba pod tym względem niewiele lepsze od starych.

Rail to rail nie jest za free. Na wejściu - trzeba robić dwa układy i pojawia się strefa ich (płynnego) przełączania. Na wyjściu - trzeba zrezygnować z końcówki z wtórnikami. Nie wiem jak w przypadku końcówki MOS, ale rozrzuty napięcia przełączania bramki chyba utrudniają zrobienie wyjścia w postaci wtórników żeby było rail to rail. Ale kto wie. Absolutnie nie jestem na bieżąco. P.G.

Reply to
Piotr Gałka

Tak. Tam też dałbym opornik 15 omów i elektrolit blokujący zasilanie, za opornikiem. Wstawiając opornik w "dolnej" części układu możesz spowodować więcej szkody, niż pożytku. Kabel robi za zbieracz śmiecia.

Ani trochę mi się to nie podoba. Na schemacie masz prostą drogę od konektora wejściowego do wejścia opampa. Na płytce wije się ona przez "większą połowę" płytki. Ta ścieżka powinna być krótka. Piotr dał Ci bardzo dobrą radę, aby wykorzystać laminat dwustronny i całą jedną stronę dedykować masie.

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz

Ok. Najpierw spróbuję ze wzmacniaczem a jak nie pomoże, to zdejmę whipa i przerobię.

Inna sprawa, że whip jest sprawdzony, myślę że tysiące ludzi z niego korzystają (to popularna konstrukcja)...

Hmm, a gdyby konektor był bliżej wejścia opampa, za to cewka, która go zasila (z gónej części schematu) dalej?

Tak właśnie w tym projekcie jest. Bordowe pady łączą się z tą masą, niebieskie będą po drugiej stronie (po nawierceniu) lekko wyfrezowane, żeby się nie stykały. Dodatkowo wylałem masę dookoła obwodów wejściowych po stronie ścieżek.

Reply to
Queequeg

W dniu 2019-12-04 o 14:24, Paweł Pawłowicz pisze:

Tak projektuję wszystkie cyfrowe płytki, ale jak naście lat temu przerabiałem na tę modłę płytkę na której było wyjście C/A przepuszczone przez OpAmpa to wzmacniacz zaczął się wzbudzać. Zwiększyła się pojemność między ścieżką z wyjścia wzmacniacza a GND a wzmacniacze 'nie lubią' obciążenia pojemnościowego. Dlatego nie pisałem, że na pewno tak trzeba tylko, że ja tak robię. Wydaje mi się, że poradziłem sobie z tym wzbudzaniem dodając jakąś małą pojemność w sprzężeniu - dlatego pisałem, że chyba tak. Nie chce mi się szukać dokumentacji z przełomu wieków. P.G.

Reply to
Piotr Gałka

Będzie lepiej, wejście od wyjścia jest dość daleko i rozdzielone masą, zastanawia mnie tylko czemu rozdzieliłeś masy przy wzm. Sekcja zasilania na wejściu nie jest dobrym pomysłem, daj ją z lewej na prawą stronę tak aby masa zasilania i wyjściowa była wspólnym punktem i od niego dopiero poprowadź do wejścia.

Reply to
Janusz

Jeszcze jedno, jednowarsatwowa powinna wystarczyć.

Reply to
Janusz

Tak... ja tam nie potrzebuję rail-to-rail. Może w ogóle zmienić ten wzmacniacz np. na TL071, i zasilić go bezpośrednio z 12V (ew. przez filtr RC)?

Reply to
Queequeg

Hmm, czy jeśli chcę wylać masę po drugiej stronie, to nadal powinienem w ten sposób prowadzić masę?

Podejście kolejne -- zmieniłem wzmacniacz na TL071 w DIP8.

formatting link
Będę chciał to dziś wieczorem / jutro wytrawić i zobaczyć, jak się zachowa.

Laminat dwustronny nic mnie nie kosztuje, więc chcę go użyć i właśnie wylać masę po drugiej stronie. Chyba że przez zwiększoną pojemność każdej ze ścieżek do masy zrobi to więcej szkody niż pożytku...?

Reply to
Queequeg

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.