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[运放] 传感器放大电路解读

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楼主: muzimaye
 楼主 | 2017-8-25 11:01 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2017-8-24 23:19
这样电路基本上没有问题,有一个小问题就是工作电极与参比电极为何都是2.5V,这样的是否能够工作,因为产生 ...

工作电极与参比电极(RE)的电压是否来源于恒压源运放的正端加的电压,工作电压也是相对应的运放正端加的电压。这两个电压都是Vref(2.5V)。不知道理解对不对,特咨询一下。

还有就是说电化学传感器的偏置电压,是否也就是工作电极(WE)与参考电极(RE)之间的电压?
| 2017-8-25 11:52 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-8-25 11:01
工作电极与参比电极(RE)的电压是否来源于恒压源运放的正端加的电压,工作电压也是相对应的运放正端加的 ...

是的,
| 2017-8-25 11:57 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-8-25 11:01
工作电极与参比电极(RE)的电压是否来源于恒压源运放的正端加的电压,工作电压也是相对应的运放正端加的 ...

常规来说,工作电极的电位是虚地,工作参考电位加在上面Op的正端,调节CE电极电位使参比电极近似于工作参考电位。这样工作电极与参考电极之间有一个促使电化学反应的电位。这是化学特性(双电层)决定的,参考电极到CE电极的电位差是由于有电阻性引起的,作为补偿电压。这就是三电极体糸的应用原理。
 楼主 | 2017-8-26 14:00 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2017-8-25 11:57
常规来说,工作电极的电位是虚地,工作参考电位加在上面Op的正端,调节CE电极电位使参比电极近似于工作参 ...

请教一下:工作电极的电位是虚地,这个怎么理解?
还有,WE的电流有正、有负,能否进一步解释一下。
| 2017-8-26 21:04 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-8-26 14:00
请教一下:工作电极的电位是虚地,这个怎么理解?
还有,WE的电流有正、有负,能否进一步解释一下。 ...

IV转换电路地电平加在输入电流流大器的正极,根据虚短原理,负极近似于地电平。第二个问题跟电化学特性有关,通常是直流上叠加交流信号或三角波或锯齿波,电流方向不改变。
| 2017-8-27 00:25 | 显示全部楼层
这里面有几个问题,回答完这这几个问题,基本上就没问题了
1 U4A的作用
2 R10所在电阻网的作用
3 i/v转化?  电压放大?  倍数?
4 R7 8 9等作用
5 R1作用?
6 u2作用?
7 放大范围?
8 传感器原理?
9 重新设计(放大器选型及参数)
10 优化参数
| 2017-8-27 09:55 | 显示全部楼层
标注下
 楼主 | 2017-9-1 11:39 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2017-8-26 21:04
IV转换电路地电平加在输入电流流大器的正极,根据虚短原理,负极近似于地电平。第二个问题跟电化学特性有 ...

不同类型的传感器,有的是从U2的正端输入信号,有的是从负端输入需要调理的信号,这两个有什么区别。

经常提到的信号调理,具体指的是什么,望解释一下,谢谢。
| 2017-9-1 18:26 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-9-1 11:39
不同类型的传感器,有的是从U2的正端输入信号,有的是从负端输入需要调理的信号,这两个有什么区别。

经 ...

一个是同相放大,一个是反相放大,最后都变成适合AD范围。
 楼主 | 2017-9-7 14:02 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2017-9-1 18:26
一个是同相放大,一个是反相放大,最后都变成适合AD范围。

目前碰到O3传感器电流的方向为负,查看资料所测气体的浓度和电流成反比,这种情况不知以前遇到过没有,对这种成反比的情况应该如何处理,从运放的角度而言从反相输入端入,是不是也是按照一定的增益在放大,请解释一下,谢谢。
| 2017-9-7 16:18 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-9-7 14:02
目前碰到O3传感器电流的方向为负,查看资料所测气体的浓度和电流成反比,这种情况不知以前遇到过没有,对 ...

这跟传感器电流方向没有关糸,大不了加一个偏置电流(反向放大再好做),在反向电流最大时,输出是正电位(单端电源条件下),说白了,保证输入共模电位与输出共模电位在上下电源轨间即可。
 楼主 | 2017-9-8 15:31 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2017-9-7 16:18
这跟传感器电流方向没有关糸,大不了加一个偏置电流(反向放大再好做),在反向电流最大时,输出是正电位 ...

看到你的回复,做了好几个小时的功课才有所了解,说实在话对运放实在是比较头疼,总算入了一点们。从传感器出来的放大源,有正电流(对应正电压)和负电流(对应正电压),在第一级运放的正端加的是1/2Vcc,这应该是所谓的偏置吧,同时在反相端的输入上加了一个略小于Vref的电压(通过一个1M的电阻),这个是否可以理解为同相和反相分别加了偏置。等于把输入信号叠加偏置后进行放大处理。
 楼主 | 2017-9-8 15:35 | 显示全部楼层
紧接着上面的问题:
心里有一个很大的问题,对于反向电流(负电流),对应的负电压,经过偏置之后,是否在Vref的下方,相当于用Vref去减掉了负电压的绝对值?
如果是这样,负电压越大,得到的绝对值是否越小,最终的输出就越小。这就是我前面问到的对于输出为负电流的传感器,采用这个电路,是否测量值与实际值呈现一个反比的可能性。
问题有点绕,还请不厌其烦给解答一下,真是谢谢了。
| 2017-9-8 17:02 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-9-8 15:35
紧接着上面的问题:
心里有一个很大的问题,对于反向电流(负电流),对应的负电压,经过偏置之后,是否在V ...

如果运放输出的动态范围是0-VCC,偏置电压为最好是0.5VCC,最意味产生的负电压(幅值)必须0.5VCC,或者知道传感器的产生的电压只有负电压,直接把偏置电压设定在近VCC(或根据OP的动态参数决定),这样产生的负电压在0-VCC间,OP输出的电压保证在正电压,只要保持线性,经过AD转换,交MCU处理的问题了。
| 2018-7-12 10:33 | 显示全部楼层
楼主你好,想请问你一下,关于U4的解释,没有看太懂
 楼主 | 2018-7-22 13:51 | 显示全部楼层
电路已经做好,做了2版,调试了一段时间,输出信号不稳定,输出信号的波动比较大,有时候会出现瞬态变化,为了解决第一版本的问题,重新做了第二版,把数字地和模拟地做了分割,结果发现效果反倒没有以前第一版好,对比后发现,在没有加传感器的时候,第二版运放电路的输出在波动,信号有跳变,第二版为了解决电源稳定性问题,特地增加了TSA8001来做电源的整形,结果事与愿违,效果反倒比较差。
| 2018-7-22 14:44 | 显示全部楼层
muzimaye 发表于 2017-8-23 15:42
几个疑点,烦请解答一下:
1、由于每次传感器进入工作状态,都需要大量的时间等待负反馈调节完毕,所以在 ...

1、由于每次传感器进入工作状态,都需要大量的时间等待负反馈调节完毕,所以在不使用的时候将Ref和Sense端短接以减短负反馈调节的时间。
关于负反馈的调节需要一个时间,这一点不太理解?--你查一下传感器的等效电容,c7应该和他差不多才行.c7上电荷的放电时间计算一下.
| 2018-7-22 16:21 | 显示全部楼层
还是干扰的问题,如电化学测量的电路基本上电流小信号,UA级的阻抗比较大,很易引进埸干扰及电源的传导干扰,对于前级的电源要进行优化,反正前级的电路是低压小电流的,要有单独的前级电原,及相关的布线(一点地)隔离布线,外壳屏BI ,相位补偿,环路增益比较大,带宽要限制小的。以上只有不断调试得到最佳的参数,从搞稳定了,再向提高响应速 度方向前进,达到稳定又快速 响应,电路可以说有实用价值。

打赏榜单

muzimaye 打赏了 5.00 元 2018-07-22
理由:耐心细致的回复

 楼主 | 2018-7-22 23:37 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2018-7-22 16:21
还是干扰的问题,如电化学测量的电路基本上电流小信号,UA级的阻抗比较大,很易引进埸干扰及电源的传导干扰 ...

进一步咨询:
1、 前级的电源优化怎么做,有什么具体方法和建议,请指导一下;
                  目前电路中电源方案为:数字5V电源经过TI的TSA8001 电源整流芯片后给整个运放采集部分供电,参考电压2.5V由TI的ref5025提供。 运放的输出接入到AD转换芯片ADS1256中,由ADS1256转换成数字量送CPU处理。  ADS1256的参考电源2.5v也是由REF5025生成。
     电化学传感器有四路,5v电源进入每一路则用磁珠进行了滤波隔离。
     请给分析一下,进一步优化怎么做,谢谢。
2、一点接地,也做了,不知道合理否。随后会发具体设计。
3、相位补充部分,请给出具体建议,谢谢。
 楼主 | 2018-7-22 23:43 | 显示全部楼层
zyj9490 发表于 2018-7-22 16:21
还是干扰的问题,如电化学测量的电路基本上电流小信号,UA级的阻抗比较大,很易引进埸干扰及电源的传导干扰 ...

补充;
相位补偿,环路增益比较大,带宽要限制小的。具体调试的时候,发现很困难,用示波器测量,对信号本身影响比较大,特别是示波器在测量运放的正负输入端和输出端时,对电路的影响比较大,如何用示波器来调测运放,具体调试方法也请指导一下,不胜感激。
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