Biến dạng lạ từ Bộ lọc thông thấp chủ động thứ hai

Tôi đang cung cấp tín hiệu âm thanh PWM 250KHz từ ATtiny85 vào bộ lọc thông thấp hoạt động thứ hai:

Đầu ra sau đó được đưa vào một tụ điện tách rời và sau đó vào một bộ khuếch đại LM324. Đầu ra của LM324 sau đó được đưa vào một tụ điện tách rời và sau đó vào một bộ khuếch đại âm thanh LM386. Âm thanh nói chung nghe tốt nhưng có một số biến dạng. Khi tôi xem dạng sóng trên OUT1, tôi nhận được điều này (dấu vết màu vàng là OUT1, dấu vết màu xanh nằm sau tụ tách rời):

Những "giọt" kỳ lạ mà tôi đang nhìn thấy là gì? Phần trên của dạng sóng có vẻ ổn, nhưng nửa dưới có những giọt này. Đây là một số loại biến dạng, có? Điều gì gây ra điều này? Làm thế nào điều này có thể được loại bỏ?

CẬP NHẬT 1: Đây là PWM từ ATtiny85:

CẬP NHẬT 2: Tôi đã nói ở trên rằng

Đầu ra sau đó được đưa vào một tụ điện tách rời và sau đó vào một bộ khuếch đại LM324.

Điều này LAF không đúng. Những gì tôi nên nói là đầu ra của LM324 được đưa vào một tụ điện tách rời và sau đó được đưa vào một bộ khuếch đại âm thanh LM386.

CẬP NHẬT 3: Dưới đây là 12ms của đầu vào PWM 250KHz:

CẬP NHẬT 4: Đây là sơ đồ hoàn chỉnh:

Giải quyết một số ý kiến ​​và giải pháp được đề xuất:

1. Tôi đã chuyển Vcc cho LM324 từ nguồn cung cấp 3,3V quy định sang nguồn cung cấp + 6V. Điều này đã làm sạch tín hiệu đến từ LM324 (tức là âm thanh được khôi phục từ đầu vào PWM), nhưng vẫn có thể nghe thấy sự méo tiếng đáng kể. Tôi vẫn cần kiểm tra xem LM324 có bị lỗi ở tần số cụ thể không.

2. Tôi đã thêm một resister 1K từ đầu ra của LM324 xuống đất. Ban đầu tôi đã làm điều này để giải quyết một bình luận cho thấy rằng có float đầu ra không phải là một ý tưởng tốt. Câu trả lời được đề xuất cho biết (nếu tôi hiểu chính xác) rằng bộ lọc 1K này được gắn với mặt đất sẽ buộc giai đoạn đầu ra LM324 vào bộ khuếch đại loại A, do đó tránh được sự cố chéo. Tuy nhiên, tại thời điểm này được đề xuất để giải quyết bất kỳ vấn đề chéo nào, nó đã được áp dụng.

Có thể LM324 chỉ là một lựa chọn rất tệ cho âm thanh? Tôi đã nghe nói nó có tốc độ quay tương đối chậm gây biến dạng. Tôi có nên xem xét một op amp khác (hoạt động với nguồn cung cấp + 6V) không?

CẬP NHẬT 5:

Dưới đây là dấu vết từ mạch hiện tại. Màu vàng là đầu ra từ LM324. Sau khi chuyển nguồn cung cấp năng lượng cho LM324 từ + 3,3V quy định sang + 6V, bạn có thể thấy rằng không còn giọt nào nữa (về mặt kỹ thuật giải quyết câu hỏi này). Dấu vết màu xanh là đầu ra từ bộ khuếch đại âm thanh LM386. Có sự biến dạng ở dưới cùng của sóng và nó khá dễ nghe. Tôi nghĩ rằng nếu tôi có thể giải quyết sự biến dạng này thì tôi tốt để đi. Và điều này khá nhiều chứng tỏ rằng LM324 là "đủ tốt" cho ứng dụng âm thanh này.

CẬP NHẬT 6:

Tôi đã tuyên bố trước đó rằng LM324 là "đủ tốt" cho ứng dụng của tôi và điều này là đúng. Nếu bạn kiểm tra dạng sóng đầu ra từ LM324 ở độ phân giải cao hơn, có thể thấy tín hiệu đó là "nhiễu" (tôi không bao gồm dấu vết này). Chỉ cần rút phích cắm LM324 và cắm MC34074APG (không có thay đổi nào khác), làm sạch đáng kể dạng sóng đầu ra. Điều này có thể trở thành op-amp nguồn đơn yêu thích mới của tôi.

LM324, trong khi một thành tựu tuyệt vời với các bóng bán dẫn của thập niên 1970, có một lỗi nổi tiếng - thực sự được ghi lại trong bảng dữ liệu của nó. Câu trả lời này dựa trên phỏng đoán rằng bạn đang gặp phải lỗi này.

Một số người chế nhạo nó vì những hạn chế như thế này - nhưng nó vẫn là một opamp tốt nếu bạn thiết kế theo những hạn chế của nó.

Giai đoạn đầu ra Class B của nó được thiết kế đặc biệt cho công suất thấp nhưng nó không đối xứng: nghĩa là nó có thể kéo lên (về phía V +) khá mạnh, nhưng không thể kéo xuống rất hiệu quả. Điều này tránh được mức tiêu thụ hiện tại quá mức trong đó cả hai bóng bán dẫn đầu ra có thể được bật cùng lúc (như trong lưỡng cực 555) - một khả năng có tốc độ tương đối thấp của các bóng bán dẫn này.

(Xem Bảng 6.5, trang 6, Phần hiện tại đầu ra, trong biểu dữ liệu - ở mức 5V, nó có thể nguồn 20mA nhưng chỉ chìm 8 uA, do đó lực kéo mạnh hơn 2500 lần)

Sự kết hợp hoàn cảnh này: Giai đoạn đầu ra loại B, bóng bán dẫn chậm, cường độ không đối xứng, tạo ra trường hợp đặc biệt xấu về biến dạng chéo trên tín hiệu tần số cao, có một vùng mà cả hai bóng bán dẫn đầu ra đều bị tắt và điện áp đầu ra không được xác định một cách hiệu quả.

Chạy một hình sin ở một vài kHz thông qua bộ lọc này (kiểm tra đơn vị có giá trị trong phần cứng như trong phần mềm!) Và bạn sẽ thấy các vết cắn lớn được đưa ra khỏi dạng sóng đầu ra.

Cách khắc phục (được ghi lại nếu bạn tìm kiếm ... EDIT ... đó là trong phần 7.4 trên trang 11 và bộ nhớ của tôi về vấn đề này hơi bị tắt) là buộc giai đoạn đầu ra vào Lớp A, với một vài kilogms kéo xuống điện trở với V- (Tôi đề nghị 1K ở điện áp thấp này). Bây giờ bóng bán dẫn kéo xuống không bao giờ phải bật chút nào (mặc dù không có tác hại gì nếu nó xảy ra) và bóng bán dẫn pullup mạnh hơn nhiều luôn nằm trong tầm kiểm soát, kéo theo điện trở.

Do đó, 324 được thiết kế để sử dụng thành công trong Lớp B cho các thiết kế công suất thấp tốc độ thấp hoặc Class A cho các thiết kế nhanh hơn.

Nhược điểm của Class A rõ ràng là tăng mức tiêu thụ năng lượng - nếu điều đó quan trọng, ngày nay bạn có thể chọn một opamp tốt hơn.

Am i thiếu cái gì ở đây? LM324 có dải tần tăng 1,2 MHz. Vì vậy, phạm vi tần số hữu ích của nó là khoảng 10 kHz vào một ngày tốt. Bạn muốn cung cấp cho nó một sóng vuông 250kHz? Chúc may mắn với điều đó.
Tôi nghĩ bạn sẽ có kết quả tốt hơn với bộ lọc thụ động.

Bộ lọc Sallen-Key bị ảnh hưởng bởi thực tế là nó sử dụng kết hợp phản hồi tích cực và tiêu cực - nếu bạn buộc phải sử dụng bộ khuếch đại với băng thông hạn chế thì cấu hình nhiều phản hồi thường là lựa chọn tốt hơn. Xem http://www.ti.com/lit/an/sbfa001c/sbfa001c.pdf