Cadeia de buffer do Op Amp “travando”

Question

Seriamente confuso sobre o comportamento de um circuito. Veja esquema abaixo.

O que vemos é o seguinte: A saída do primeiro LMC6081 (lado esquerdo de R2) age como esperado: um simples seguidor de tensão cuja saída corresponde à sua entrada. Depois de R2, no entanto, (em TP1) o nó é sempre 0 V, independentemente da entrada antes de R1; TP2 sempre lê aproximadamente +1V. Este é um circuito relativamente simples, então não está claro por que o seguidor funciona, mas nenhum dos inversores funciona (também, para interromper a discussão, o objetivo dos dois inversores originalmente era armazenar em buffer um deslocamento que estava sendo adicionado à saída do buffer anteriormente).

Pensamos inicialmente que tínhamos acabado de explodir o segundo e o terceiro estágio durante os testes, substituímos aqueles LMC6081 por AD820 porque os tínhamos em mãos. O requisito de modo comum para cada estágio deve estar seguramente além de nossas entradas, pois nosso Vcm nunca deve estar acima de 0,5 a 0,6 V durante o teste. Nossas únicas pistas são:

1. o fato de que o circuito se comportou de forma idêntica com 3 LMC6081 ou 1 LMC6081 e dois AD820
2. a fonte de bancada que fornece o trilho de +5V e a energia para o regulador negativo (comutar MAX1681 dá -5V) está tendo uma corrente significativa fluindo dela (até 40 mA) enquanto este circuito é alimentado

Alguma ideia?

EDITAR, 26/08

Pela primeira resposta, fizemos alguns testes no circuito com pequenas alterações. Circuito final mostrado abaixo:

Com R4 desconectado, o buffer LMC ainda funcionava como pretendido e TP1 ainda era zero. Verifiquei se nenhum pino estava em curto com o GND ou com os trilhos de energia e não estava. Instalei os capacitores conforme mostrado acima e agora a saída do primeiro AD820 (nó entre R3 e R4) funcionou corretamente (o valor era a versão invertida da entrada para R2). R4 substituído e o mesmo aconteceu; o nó entre R4 e R5 era zero, o nó entre R5 e R6 era a versão invertida do nó entre R3 e R4. Além disso, o consumo da fonte CC de bancada caiu para ~10 mA. Então houve algum tipo de problema de oscilação e isso aparentemente foi corrigido.

No entanto, ainda existe algum problema com a cadeia: em TP2, agora vemos sempre 0 V. Já verificamos: que TP2 não tem continuidade para GND; o R6 e o ​​R7 são os valores que dizem ser; o divisor de tensão e o TP2 são realmente isolados dos caminhos a montante (os circuitos a montante não são desenhados para simplificar).

Editar, 27/08/2020

De acordo com a discussão abaixo, executei medições extensas do estágio 3 e do divisor de tensão. Abaixo está uma lista dessas medições (várias são redundantes, apenas para sanidade) seguidas por um gráfico mostrando-as (em forma esquemática, reconhecidamente um pouco sem sentido):

• Vout do estágio 3 não tem continuidade com a saída de R6. O nó entre R5 e R6 não tem continuidade para TP2, mas o bloco de saída de R6 tem. O bloco de saída de R6 tem continuidade com o bloco de entrada de R7; resistência entre eles é de 0,1 Ohms.
• R7 lê quase exatamente 82 kOhms no medidor, independentemente de os cabos do medidor serem colocados em qualquer bloco de solda ou entre o bloco de entrada e um aterramento separado.
• Quando a resistência é medida entre os nós R5 e R6 (no bloco de entrada R6) e um aterramento separado, quase exatamente 282 kOhms são medidos; se o terminal do nó for movido do bloco de entrada R6 para o pino de saída do estágio 3 (separado por apenas alguns mm de traço), a leitura é ~5+ MOhms.
• Da mesma forma, medir a resistência entre Vout do estágio 3 e o nó R6/R7 produz ~3,5 MOhms e aumentar (indicando carregamento capacitivo), mas mover o cabo Vout para o bloco de entrada de R6 produz quase exatamente 200 kOhms.
• Medir a resistência entre o pino de saída do estágio 3 e o bloco de entrada de R6, no entanto, produz 0,1 Ohms.

Existem algumas outras verificações feitas (como visto na imagem), mas as estranhas leituras de impedância em torno do traço curto conectando R5, R6 e estágio 3 Vout não fazem sentido. Mover o cabo do medidor alguns mm altera significativamente a resistência, apesar do fato de que o R entre essas almofadas é de 0,1 Ohms.

Answer 1

1 - O fato de TP1 estar em zero é um bom sinal. Se você sabe como os amplificadores inversores funcionam, você deve reconhecer isso.

2 - Supondo que o TP1 esteja realmente conectado na saída do primeiro AD820, isso sim é um problema. Você deve desconectar o resistor da saída do primeiro AD820 para a entrada do segundo e ver se a saída do primeiro está realmente travada em zero.

Se for, você tem um amplificador operacional ruim (improvável, já que o primeiro amplificador operacional aparentemente teve o mesmo problema) ou, mais provavelmente, você acidentalmente encurtou a saída para o terra.

3 - Um consumo de 40 mA é realmente significativo. Seu circuito desenhado não pode fazer isso, então é quase certo que seu esquema não é preciso e você tem um pino conectado ao terra ou fonte de alimentação que não deveria ser.

4 - Uma possível exceção a 3 é a chance de que seus níveis de impedância e layout estejam fazendo com que um ou ambos os 820s oscilem. Não sei como você construiu seu circuito, mas é possível que seus resistores de entrada de 1 M estejam interagindo com a capacitância de entrada (causada por layout desleixado) e o resultado seja oscilação.

Como regra geral, os amplificadores operacionais NUNCA devem ser operados sem um capacitor de realimentação, especialmente com grandes resistências de entrada. Tente colocar uma tampa de 10 a 100 pF em cada resistor de realimentação. Com resistores de 1 M, isso limitará sua largura de banda disponível, mas é melhor do que oscilação. Se isso resolver o problema, você pode experimentar reduzir os valores do capacitor - mas não até que você tenha experimentado tampas de tamanho decente.