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为什么高精度运放搭建的恒流源,还不如用普通运放?

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cyh1984|  楼主 | 2010-10-20 16:27 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
采用高精度,单电源,轨对轨运放搭建恒流源,电阻采用0.1%精度,采用单电源24V供电。恒流源输入0-2V电压,输出0到20uA电流。电路图如下:
       电压输入端为“DAC_OUTC”,电流输出端为“ForceI_CH”。
       输入为0.5V时,输出为5uA,可实际测试中,负载从10K到1M调节,会输出不同的电流,输出电流在在3~4.2uA之间,这个应该是很大的误差。当负载为0时,输出为5uA。更换普通运放,LM358或者LM324,都是单电源运放,测试结果为,当输入0.5V时,负载从10K到1M调节,输出能稳定为4.9uA。为何精度低的运放,恒流的效果比精度高的运放效果还要好?
       影响恒流的精度的几个重要参数,一是输入失调电压,二是输入偏置电流,三是运放能输出的最低电压。例如5脚的偏置电流,会直接加载到负载上,影响恒流精度;当负载的电阻
十分小时,7脚的电压接近0,若运放不能输出到0V,也会影响恒流精度。
      OPA4251的主要参数如下(取最大值):失调电压0.25mV,偏置电流25nA, 电源最大电压36V,单电源运放,轨到轨。
      LM358的主要参数如下(取最大值): 失调电压5mV,,偏置电流0.2uA, 电源最大电压32V,单电源运放,非轨到轨,最低输出电压20mV.
      因为LM358最低不能输出0V,所以当负载为0欧姆是,输出的电流不为5uA, 为5.5uA ,这个误差对于应用不考虑,因为应用中负载都是几十K以上的。

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沙发
cyh1984|  楼主 | 2010-10-20 17:12 | 只看该作者
之前怀疑过芯片有问题,后来换了几个芯片再试,再从另外的供应商处拿货再试,现象还是一样

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板凳
xilinxer| | 2010-10-20 17:32 | 只看该作者
我怀疑是轨对轨的原因!否则不可能啊>

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地板
xilinxer| | 2010-10-20 17:34 | 只看该作者
记得轨对轨是用两组差分输入来实现的!可能有影响!

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5
雪山飞狐D| | 2010-10-20 21:30 | 只看该作者
精密运放一般是低速,这里要求反馈有一定的速度,所以~~~

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6
rockli| | 2010-10-20 21:47 | 只看该作者
还是双电源供电吧。

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7
iC921| | 2010-10-20 21:50 | 只看该作者
R20那么大 看不懂

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8
zjp8683463| | 2010-10-20 22:19 | 只看该作者
你在6,7脚之间加个电阻匹配下
差分运放可以使用仪表运放

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9
cyh1984|  楼主 | 2010-10-21 10:58 | 只看该作者
觉得 5楼“雪山飞狐D”说得很有道理,OPA4251的SR为0.01V/uS, LM358的SR为0.3V/uS。
准备更换LM224A试试,LM224A偏置电流最大值100nA,失调电压4mV,0.5V/uS, 这些精度勉强能接受,和OPA4251还是PIN对PIN的,免得还要再开板。

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10
zjp8683463| | 2010-10-21 20:23 | 只看该作者
和反馈速度没关系,你要是的是稳态精度,而不是动态响应

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11
haibushuo| | 2010-10-21 20:29 | 只看该作者
必须MARK一下
正想研究一下怎样用运放做恒流呢

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12
cyh1984|  楼主 | 2010-10-21 21:38 | 只看该作者
to 10楼
电路在达到稳态前,必须经过动态的反馈,如果没有足够快的反馈速度,电路无法进入稳态。
后来我做了个实验,用精密的10K电位器当负载,慢慢调节负载,负载在0欧姆时,电流为5uA,当负载慢慢变大时,电流不恒定,会降低到4uA。 可是LM358,LM324就不会这样。 从这个实验,好像可以得出电路与运放的反馈速度无关。
如果跟速度没关系,那到底是怎么回事呢?

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13
awey| | 2010-10-21 23:02 | 只看该作者
本帖最后由 awey 于 2010-10-21 23:43 编辑

这个电路确实与运放的速度无关。
运放U9A的输出负载电阻很大,电流非常的小,试试输出对地接10K电阻看一下。

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14
lych9139| | 2010-10-22 09:20 | 只看该作者
楼主把所有的10K电阻换成100K试试。

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15
cyh1984|  楼主 | 2010-10-22 09:37 | 只看该作者
to away
虽然电流小,但貌似不至于小电流就不能工作。PIN1对地接了个10K测试,情况一样
to lych9139
换100K的目的是什么呢?好像只能减小电阻上的电流

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16
cyh1984|  楼主 | 2010-10-22 09:50 | 只看该作者
如果要证明运放的速度会影响这个电路,可以在PIN5脚加上一个RC低通滤波电路,若加上RC电路后如果LM358不能稳定工作,是否能说明速度其实是会影响这个电路的呢?

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17
cyh1984|  楼主 | 2010-10-22 12:04 | 只看该作者
本帖最后由 cyh1984 于 2010-10-22 12:06 编辑

之前怀疑过芯片有问题,因为测出来运放的输入偏置电流有几十个uA , 正常应该是几十个nA。 OPA4251各节点的电压如下图
流过R21的电流6.6uA,流过R23的电流30.5uA,则运放的偏置电流为23.9uA.
从另外的经销商拿货,恒流情况一样(没有测试偏置电流)。从TI申请OPA251样片测试,情况一样(没有测试偏置电流)。

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18
mmax| | 2010-10-22 12:13 | 只看该作者
本帖最后由 mmax 于 2010-10-22 12:18 编辑

OPA4251虽然是轨到轨,但是输出最低不到0mV吧(查资料好像最大可以到300mV?)
没有LM358的最低输出20mV指标好。

试试在上面那个运放输出后面加一个二极管,抬高一下运放输出。

(想了想好像分析错了,呵呵)

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19
donkey89| | 2010-10-22 12:27 | 只看该作者
在输入端加一级滤波

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20
mmax| | 2010-10-22 12:39 | 只看该作者
本帖最后由 mmax 于 2010-10-22 12:40 编辑

会不会是用OPA4251震荡了。

两级跟随器,在高频的时候相位余量不够了。

而LM358的带宽和开环增益不同,刚好避免过去了。

总之,感觉反馈环节里面有两个跟随器,每个跟随器本身是一个极点,两个就会给整个系统引入两个极点,应该很容易震荡。

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