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运放电压跟随电路与放大电路并联相互影响的问题

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flyriz|  楼主 | 2020-4-23 19:43 | 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 flyriz 于 2020-4-25 17:18 编辑

大家好,如下图所示:

一个交流输入的信号,输入到一个电压跟随电路和一个放大电路的输入端,目的是根据输入信号的幅度来通过光耦进行选择,现在出现的问题是:当输入信号的频率比较低、幅度比较大时(比如4.4V,4HZ),光耦选择的是下面那一路电压跟随电路,这时候C129右端的信号会出现异常,这时如果:
1、把C129短路,信号正常;
2、把R87断开或者把R85改成3K,信号正常;
3、把输入信号调小,比如从4.4V调到1V,信号正常
4、把输入信号的频率调大,比如从4HZ调到20HZ,信号正常
5、更换运放,换成OPA2134
以上任一种情况,信号都会恢复正常。正常和异常的信号见下面的图片:
请教一下大家,这是什么原因造成的?

请教一下大家,这是什么原因造成的?对比了上面提到的5个现象,觉得合理的解释是:在深度饱和状态,运放形成不了负反馈,反馈系数F基本为0,根据串联负反馈放大电路的输入电阻表达式:(1+AF)Ri,此时的电路输入阻抗会降低为运放本身的输入阻抗Ri。OP2177在官方的资料中确实没有提供输入阻抗的参数,我估计不会很高,所以都不好意思写出来。一般Bipolar-input运放的输入阻抗也就几十到几百kΩ。所以此时电路的输入阻抗急剧降到了百kΩ级甚至更低的水平,2.2uF的电容在4HZ时的阻抗为18kΩ,所以输入的波形失真了。这样一来下面这5个现象就合理了。
1、把C129短路,信号正常;
    短路后电阻一直为0,信号不会再受影响。
2、把R87断开或者把R85改成3K,信号正常;
    放大倍数变小,电路没有进入深度饱和。
3、把输入信号调小,比如从4.4V调到1V,信号正常
    输入信号变小,电路没有进入深度饱和。
4、把输入信号的频率调大,比如从4HZ调到20HZ,信号正常
    频率变大后,电容的阻抗降低。
5、更换运放,换成OPA2134
    OPA2134为FET-Input,输入阻抗可视为无穷大。
不知大家还有没有其他的看法。




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沙发
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 08:20 | 只看该作者
king5555 发表于 2020-4-23 22:21
不晓得运放的两个输入端出之间的特性,试试如图加入限制in到out直通的电阻。 ...

试过了,没有用。
这个现象仿真也能复原。

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板凳
shcnxjy| | 2020-4-24 08:53 | 只看该作者
把跟随器输出接到放大器上试试吧

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地板
xukun977| | 2020-4-24 08:57 | 只看该作者


没有电路基本功,此时所谓的调试电路,最多是乱试,试出某个结果,没法解释,有何意义?
先看看模电,学点理论再"实战"吧!

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5
shcnxjy| | 2020-4-24 09:28 | 只看该作者
您高明,就请给出解决方法,站个高姿态教训别人不是什么本事。这个电路人家很明显不想改变电路参数也不想增加复杂度,把放大那一路的输入改为跟随器输出有很大把握是能解决问题的,具体可以看一下他已经试验的几种情况。

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6
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 09:53 | 只看该作者
shcnxjy 发表于 2020-4-24 09:28
您高明,就请给出解决方法,站个高姿态教训别人不是什么本事。这个电路人家很明显不想改变电路参数也不想增 ...

从仿真的结果来看,您的方法是可以解决这个问题的。
其实最简便的方法是更换运放,我把运放换成OPA2134,问题就解决了。
我写这个帖的目的也是想请教分析这个问题的原因。

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7
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 09:54 | 只看该作者
xukun977 发表于 2020-4-24 08:57
没有电路基本功,此时所谓的调试电路,最多是乱试,试出某个结果,没法解释,有何意义?
先看看模电,学 ...

老前辈,您别光说风凉话啊,带着我们分析一下。

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8
玻璃之城| | 2020-4-24 09:59 | 只看该作者
哪个地方不一样?我仿真没问题啊

QQ截图20200424095357.png (348.62 KB )

QQ截图20200424095357.png

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9
shcnxjy| | 2020-4-24 10:15 | 只看该作者
flyriz 发表于 2020-4-24 09:53
从仿真的结果来看,您的方法是可以解决这个问题的。
其实最简便的方法是更换运放,我把运放换成OPA2134, ...

输入过大,运放输出饱和了以后其特性与线性工作区肯定是有区别的,反馈一些影响到输入端是很有可能的,但是具体我也说不清楚。从你尝试的结果看,如果输入的驱动能力足够就不会受影响,所以建议你换一下。

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10
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 10:27 | 只看该作者
玻璃之城 发表于 2020-4-24 09:59
哪个地方不一样?我仿真没问题啊

你的输入信号幅值不够大,调到12V试试,另外不需要OFFSET。

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11
eyuge2| | 2020-4-24 10:32 | 只看该作者
问题比较奇怪。
可能和上面的放大电路饱和有关。

但是饱和会影响运放的2脚的电压,怎么会对3脚有影响。

为了保险起见,建议放大电路增加限幅。

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12
玻璃之城| | 2020-4-24 11:47 | 只看该作者
flyriz 发表于 2020-4-24 10:27
你的输入信号幅值不够大,调到12V试试,另外不需要OFFSET。

是的。输入12V会出现输入信号失真,此时运放已经饱和,应该和驱动能力有关。中间加射极跟随器可解决

QQ截图20200424114613.png (32.86 KB )

QQ截图20200424114613.png

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13
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 12:42 | 只看该作者
玻璃之城 发表于 2020-4-24 11:47
是的。输入12V会出现输入信号失真,此时运放已经饱和,应该和驱动能力有关。中间加射极跟随器可解决 ...

我也想过这个可能,但是这个原因不能解释:
1、把C129短路,信号正常;
4、把输入信号的频率调大,比如从4HZ调到20HZ,信号正常

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14
xukun977| | 2020-4-24 13:17 | 只看该作者
flyriz 发表于 2020-4-24 09:54
老前辈,您别光说风凉话啊,带着我们分析一下。



中国的传统说话风格,对于会说话的人来说,是按照听者的意思、想法说,所说的多是赞美、歌颂、夸奖等,所以听者越听越高兴,评价说这个人会说话;
对于我们这样不会说话的人来说,不看人脸色行事,就是简单的说实话,而实话一般都不受听,所以听者感受到的是风凉话等。







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15
shcnxjy| | 2020-4-24 13:24 | 只看该作者
本帖最后由 shcnxjy 于 2020-4-24 14:36 编辑
flyriz 发表于 2020-4-24 12:42
我也想过这个可能,但是这个原因不能解释:
1、把C129短路,信号正常;
4、把输入信号的频率调大,比如从 ...

1.饱和后不能按常规分析考虑,看了一下op2177的手册,没有给出输入阻抗信息,有可能是它的差分输入阻抗不够高。虽然实际作用过程肯定更为复杂,但是或许可以简单像这样类比分析:如果把2脚的信号结合差分输入阻抗假想成一个信号源来看,其影响在前端信号源内阻较高(信号源内阻与2.2uF串联后再与1M电阻并联)时不能忽略所致;C129短路或者信号频率升高都会降低上述信号源等效内阻,削弱2脚上更高内阻的信号源的影响。2.如果是这样,电路固定了不好改的话,增大C129的值同时降低1M电阻的值(没其他要求的话)保持高通频率不变,一定程度上应该也能起到效果;当然,如果成本功耗的影响都不用计较的话换运放更为简单。

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16
flyriz|  楼主 | 2020-4-24 15:36 | 只看该作者
@king5555 @xukun977 @shcnxjy @玻璃之城 @eyuge2
对比了上面提到的5个现象,觉得合理的解释是:在深度饱和状态,运放形成不了负反馈,反馈系数F基本为0,根据串联负反馈放大电路的输入电阻表达式:(1+AF)Ri,此时的电路输入阻抗会降低为运放本身的输入阻抗Ri。OP2177在官方的资料中确实没有提供输入阻抗的参数,我估计不会很高,所以都不好意思写出来。一般Bipolar-input运放的输入阻抗也就几十到几百kΩ。所以此时电路的输入阻抗急剧降到了百kΩ级甚至更低的水平,2.2uF的电容在4HZ时的阻抗为18kΩ,所以输入的波形失真了。这样一来下面这5个现象就合理了。
1、把C129短路,信号正常;
    短路后电阻一直为0,信号不会再受影响。
2、把R87断开或者把R85改成3K,信号正常;
    放大倍数变小,电路没有进入深度饱和。
3、把输入信号调小,比如从4.4V调到1V,信号正常
    输入信号变小,电路没有进入深度饱和。
4、把输入信号的频率调大,比如从4HZ调到20HZ,信号正常
    频率变大后,电容的阻抗降低。
5、更换运放,换成OPA2134
    OPA2134为FET-Input,输入阻抗可视为无穷大。
不知大家还有没有其他的看法。

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17
eyuge2| | 2020-4-24 16:01 | 只看该作者
flyriz 发表于 2020-4-24 15:36
@king5555 @xukun977 @shcnxjy @玻璃之城 @eyuge2
对比了上面提到的5个现象,觉得合理的解释是:在深度饱 ...

建议先在电阻R85上并联两个二极管,限制一下运放的输出。看看可行。

如果解决了,再仔细测量运放各个脚,看看能不能找到线索。

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lyb1986| | 2020-4-25 08:27 | 只看该作者
本帖最后由 lyb1986 于 2020-4-25 08:50 编辑

用 TINA 做了下仿真,发在问题好像处在运放饱和这里。负责放大的运放,当其处于饱和的状态下,输入阻抗大大下降,同相输入端吸入的电流的幅值接近200uA!
  
如此大的电流,使得输入信号的压降大部分都降落在了输入电容上(原电路中的C129)。
解决的方法,初步粗略的选择了使用稳压管限幅的方法,只做了下仿真,效果好象还行:
  
两个稳压管反向串联,Vz为8.2V。从图中可见,负责放大的运放的同相输入端电流已经处于典型的范围内了,负责跟随的运放输出也正常了。
仿真而已,仅供参考。


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flyriz|  楼主 | 2020-4-25 10:26 | 只看该作者
lyb1986 发表于 2020-4-25 08:27
用 TINA 做了下仿真,发在问题好像处在运放饱和这里。负责放大的运放,当其处于饱和的状态下,输入阻抗大大 ...

多谢指点,我在17楼也简要分析了一下。

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lyb1986| | 2020-4-25 10:37 | 只看该作者
flyriz 发表于 2020-4-25 10:26
多谢指点,我在17楼也简要分析了一下。

客气了。歪果仁做的仿真模型还真挺细致。

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