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基于运放的电压抬升电路无法顺利实现

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mengheli|  楼主 | 2017-10-15 11:30 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 mengheli 于 2017-10-16 15:29 编辑

整个电路的电路图如下,第一部分是我们的实验电路,不能动,中间那部分主要是起到一个隔离直流的作用,让左边和右边的直流不会有影响,第三部分是个分压电路,用于抬升电压,然后运用运放的将电压输出,主要作用是可以解决前端的输入阻抗过高问题,方便用单片机采集信号。按照我的计算,第二三部分的电路相当于并联在第一部分1nF和1M电容上,所以二三部分的等效阻抗,电容必须足够大才不会造成相位移动,电阻也必须足够大才不会对采集的分压造成影响(大电阻并小电阻,大电阻相当于不存在),但是按照仿真结果来讲并不能实现这个效果,实际输出电压远小于我想要获得的值(第一部分1nF电容和1M电阻的电压应该约等于电源电压的一半才对)。不知道我的计算或者电路设计哪里有问题,希望有大神可以解惑。

再次重申,因为很多朋友质疑这个1F电容,因为我认为只有这个电容足够大,也就是容抗足够小时,才不会造成第二次相位偏移,这个只是对我这个想法的测试电路,并不是真的要用!我提出这个问题其中的一个核心就是如何隔直而又不造成二次相位偏移(或者是通过更改电路直接能去除掉隔直问题)。


统一回复,非常感谢maychang朋友一直以来的讨论跟帖,最终的解决方案其实很简单,用一个加法电路就好了,隔直什么的也不需要,也不存在阻抗容抗会导致二次偏移的问题,其实2006朋友的建议是可行的,短路第二部分,开路R1,但是这个方法的暂认缺点是直流和交流混在一起从一端入,因为我个人不太懂,但是感觉上来讲好像不太好,希望有大神能够详细的分析一下这种情况是否有我所考虑的利害问题。其实整个帖子的最大问题是选错了运放,我的输入阻抗太大,而我选的运放阻抗太小,导致了一开始的诸多问题,换了一个合适的运放后很多问题就迎刃而解。

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问题图

问题图

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最终解决方案

最终解决方案

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来自 2楼
maychang| | 2017-10-15 22:41 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 21:33
我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图, ...

先说仿真。这是我用相当常见的精密运放OP-07进行的仿真电路和波形:

幅度较小的是运放输出端波形。
从波形上看,是一点问题也没有。

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来自 3楼
Lgz2006| | 2017-10-16 08:32 | 只看该作者
将二部分短接,R1开路,呢?

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mengheli + 2 神马都是浮云
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maychang| | 2017-10-15 11:40 | 只看该作者
“不知道我的计算或者电路设计哪里有问题”

问题不止一个。
1、你要放大的是V2这个信号源的信号,那用C1C2R4分压干什么?
2、C3R2有什么用?还用到了1F这么大数值?
3、运放使用双电源,要R3R1和4V电源VDD有什么用?

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PPDDPPDD1234| | 2017-10-15 12:16 | 只看该作者
你用1F的超级电容和1M的电阻,你再算算时间常数?

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mengheli|  楼主 | 2017-10-15 12:58 | 只看该作者
本帖最后由 mengheli 于 2017-10-15 13:00 编辑
maychang 发表于 2017-10-15 11:40
“不知道我的计算或者电路设计哪里有问题”

问题不止一个。

感谢您的质疑,我一个个解释一下
1.前面的C1C2R4分压是固有电路,就是我要测试的电路,我的目标就是要测这个东西的分压,至于为什么是两个电容和一个电阻这是由于实验的具体目的决定的
2.C3R2是隔直用的,用了1F的电容是因为我认为从等效电路的视角来看,如果我想获得证券的C2R4上的电压而又不产生相位移动,电容必须足够大才行,如果用小电容的话,阻抗就如如图所示,对我想测量的电压也会产生一个相位差3.这个电路的目的是为了将C2R4上的正弦信号抬升到正值,所以才需要第三部分电路,运放的作用只是为了提供一个较低的输入阻抗,方便我后面用单片机进行信号采集。

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mengheli|  楼主 | 2017-10-15 13:08 | 只看该作者
PPDDPPDD1234 发表于 2017-10-15 12:16
你用1F的超级电容和1M的电阻,你再算算时间常数?

时间常数确实有问题,但我如果不用这么大的电容电阻,二三部分的等效阻抗就是一个小阻抗,并联在我的测量目标两段就把我要测量的电压并没了,这样也是不行

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maychang| | 2017-10-15 13:21 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 12:58
感谢您的质疑,我一个个解释一下
1.前面的C1C2R4分压是固有电路,就是我要测试的电路,我的目标就是要测这 ...

第2部分和第三部分都去掉,恰好满足你的要求。
如果你需要加入一个直流的偏置电压(标题中的“抬升”),完全可以在运放反相输入端实现。

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9
mengheli|  楼主 | 2017-10-15 14:13 | 只看该作者
maychang 发表于 2017-10-15 13:21
第2部分和第三部分都去掉,恰好满足你的要求。
如果你需要加入一个直流的偏置电压(标题中的“抬升”),完 ...

不知道能否给下具体的电路,因为我刚才把二三部分删除后直接用一个电压跟随器,也有问题,相位不对,幅值也不是二分之一,具体情况如图所示

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maychang| | 2017-10-15 17:15 | 只看该作者
本帖最后由 maychang 于 2017-10-15 19:37 编辑
mengheli 发表于 2017-10-15 14:13
不知道能否给下具体的电路,因为我刚才把二三部分删除后直接用一个电压跟随器,也有问题,相位不对,幅值 ...

你提的问题,好像根本没有学过电工学(有些教材叫《电路分析》、《电路》……)。
1nF电容在50Hz时容抗约3.18MΩ,已经和1MΩ电阻相去不远,C1C2联接处电压当然与V2不同相(一定是超前),幅度也不是1/2(一定比1/2小)。
你的仿真结果完全正确。这么简单的电路,仿真不会出错。

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11
maychang| | 2017-10-15 17:17 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 14:13
不知道能否给下具体的电路,因为我刚才把二三部分删除后直接用一个电压跟随器,也有问题,相位不对,幅值 ...

不知道你注意到没有:运放输出波形上下不对称,负方向比正方向峰值大一些。这是完全正确的结果。

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12
戈卫东| | 2017-10-15 18:51 | 只看该作者
1F。。。。。。。要多长时间才能大概稳下来?

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maychang| | 2017-10-15 19:42 | 只看该作者
戈卫东 发表于 2017-10-15 18:51
1F。。。。。。。要多长时间才能大概稳下来?

时间常数是1兆秒。
一小时是3600秒,一天是86400秒,1兆秒大约是11天半。
按照三倍时间常数算,一个多月吧。

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mengheli|  楼主 | 2017-10-15 21:33 | 只看该作者
本帖最后由 mengheli 于 2017-10-15 21:39 编辑
maychang 发表于 2017-10-15 17:17
不知道你注意到没有:运放输出波形上下不对称,负方向比正方向峰值大一些。这是完全正确的结果。 ...

我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图,我忘记把量程截图进去了,两个波形的量程差了十几倍;另  1M的确实会产生相位差,但是幅值基本是一半是对的,因为你考虑的方式是1M并3M然后计算出来的并联值,而这个应该用向量三角形算,也就是根号下1的平方加3的平方,所以得到的阻抗值相差并不大。并且为了消除误会,我改成了10M的电阻并联,并附上仿真结果,请注意量程,可以看出当直接测量时,相位基本是一致的,略有偏差,幅值也是一半,而当加了一个电压跟随器后,则出现了很大的相位差以及幅值差。
1F的那个问题我已经说了很多遍为什么选择1F了,是因为我认为只有当电容够大时,才不会进一步产生一个额外的相位差,我只是仿真测试一下,并表达了一下我理解的方法,如果您觉着我这个地方有问题,大可以指出我思维逻辑的错误点在哪,一再重提这个1F并没有意义,即使换成1nF,1pF也没有从本质上解决这个问题。
非常感谢您的一直跟帖!



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mengheli|  楼主 | 2017-10-15 21:42 | 只看该作者
戈卫东 发表于 2017-10-15 18:51
1F。。。。。。。要多长时间才能大概稳下来?

这个电容只是测试用的,验证一下我的想法,换成小电容也没有解决问题还会造成额外的相位移动

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16
maychang| | 2017-10-15 22:43 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 21:33
我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图, ...

用OP-07,是因为我的仿真软件库里面没有AD8032这么先进的运放。事实上50Hz信号也用不到80MHz带宽。

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maychang| | 2017-10-15 22:46 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 21:33
我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图, ...

你把1兆欧电阻改成了10兆欧,但在首帖你说过“第一部分是我们的实验电路,不能动”。1兆欧改成10兆欧,算不算“动”?

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maychang| | 2017-10-15 22:52 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 21:33
我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图, ...

首帖电路第2部分,1F电容串联1兆欧电阻是什么意思?
串联电容,你说是隔去直流。为隔去直流,不必选择1F这么大的电容。选择隔去直流电容的原则是电容的容抗远小于后级的输入阻抗。另外,在运放的输出端隔去直流,比在首帖电路第2部分要省事得多。第三,要实现较准确的测量,最好是不隔去直流,待测点电压直接接入运放同相输入端。

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maychang| | 2017-10-15 22:56 | 只看该作者
mengheli 发表于 2017-10-15 21:33
我觉着您说的很对,可是并没有解决这个问题,首先,先承认我的描述有问题,您这个回答里面提到的那个图, ...

“因为你考虑的方式是1M并3M然后计算出来的并联值,而这个应该用向量三角形算”
我如果连电容电阻并联串联这么基础的东西都不会计算,那就别在21ic回帖了。

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mengheli|  楼主 | 2017-10-16 09:20 | 只看该作者
本帖最后由 mengheli 于 2017-10-16 09:27 编辑
maychang 发表于 2017-10-15 22:46
你把1兆欧电阻改成了10兆欧,但在首帖你说过“第一部分是我们的实验电路,不能动”。1兆欧改成10兆欧,算 ...

我改用了op07,问题就解决了,是运放的事,AD8032确实不行,同样的电路我换回AD8032输出就是错的(AD817也不行,因为我手头上只有这两个芯片,就用了这俩仿真,结果都有问题),按理说AD8032的性能应该更好才对,不应该出现这种问题,不知道为何。再次感谢您愿意一直跟我讨论这个小电路,不然不知道还得调多久才能搞清楚这个问题

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