OPA140运放增益不稳定

发表于 2021-2-19 13:58

本帖最后由 maemo 于 2021-2-19 14:27 编辑

新年第一天上班，首先给大家拜个年，

原理图如下图1，

问题描述：

1. 单独测试两级共射放大和运放，都正常，120K hz的正旋信号，放大增益都很稳定。

2. 级联后，在电路图最左端加激励信号，规则的正弦信号或者三角波信号，整体电路增益稳定，运放输出端可以轨到轨输出。

3. 级联后，在电路图左端加不规则激励信号，运放输出增益不对，无法轨到轨输出，参照图2（黄色运放输入端信号）（蓝色运放输输出端信号），

可以看到，示波器最左端和最右端的毛刺是被放大到电源轨了，毛刺频率大概是4K，其余信号是100K~120K的激励信号，

另外注意运放部分信号不是等比例放大，OOK调制的信号，几个部分的放大倍数不一样，看上去激励信号的部分放大输出被钳在了+-12V附近，电源轨是18V，应该不是压摆率的问题，规则信号可以轻松输出到电源轨

另外的运放供电，正压比负电压幅度高0.8V，目前的升压芯片做不到一摸一样，除非要换芯片

看看谁能解决这个问题，加我微信13588891879， 500元红包酬谢。

发表于 2021-2-19 14:13

换个运放吧。。。这个OPA140的BW才11MHz...

问题解决

发表于 2021-2-19 14:22

11M，放大100K的信号，20倍，带宽是足够的，像我这个属于大信号放大，主要受限于压摆率，我个人觉得都不是这个问题，

我感觉运放调零喝着零点，或者是共模差模，或者输入电流的问题，

另外TI反相运放手册有一句“为了避免稳定性问题，确保器件的增益设置电阻和输入电容创建的零点大于电路的带宽。”，这句话始终没看懂。

另外还有一点，为什么我的运放在规则信号放大的时候，比如输入的是1V，输出到电源轨，这个时候继续增大输入信号幅度到2V或者3V，输出信号则不变呢，我的理解输出端应该失真并且削顶啊

登录 · 发表于 2021-2-19 15:05

本帖最后由 aprilis999 于 2021-2-19 15:09 编辑

G=1和G=-1的区别...

发表于 2021-2-19 16:37

本帖最后由 zyj9490 于 2021-2-19 16:39 编辑

明显是带宽不够，规则的正弦120K，其信号谱就是120K，而不规则的如是三角波120K，其信号谱只少到120K*30=3.6M，带宽，才能重现信号，消除因带宽不够的相位失真，幅度失真。如此，3.6M的信号带宽，25倍的放大，因此运放的增益带宽只少要放到3.6*25=90M才能保证不失真。三角波的高频成分还不是很多，你说的不规则信号应是变化率很高的信号吧？相对于时间导数是很大的。

发表于 2021-2-19 21:48

本帖最后由 Siderlee 于 2021-2-19 21:58 编辑

1，数据手册，它由4.5V 至 36V 单电源或 ±2.25V 至 ±18V 双电源供电。
2，你遇到的问题应该是运放自激了，因为你的电阻在没有接入信号（我猜测是悬空）的状态下，运放反相输入是高阻状态（低频信号）

仿真也有自激，只不过频率不太一样。。。。

仿真只是个参考，我猜测你只测试你所谓的后级电路，输入悬空，估计也有。

发表于 2021-2-20 08:34

zyj9490 发表于 2021-2-19 16:37
明显是带宽不够，规则的正弦120K，其信号谱就是120K，而不规则的如是三角波120K，其信号谱只少到120K*30=3. ...

我说的不规则信号，实际上是120k hz的ook调幅信号，去除载频之外，信号频谱非常干净。另外我有试过用连续的150K 的三角波排除运放带宽的问题，发现连续的三角波放大是线性的，并且能够到电源轨

发表于 2021-2-20 08:39

aprilis999 发表于 2021-2-19 15:05
G=1和G=-1的区别...

这个谁能看懂，不太明白， G=1和G=-1的区别，是指什么

发表于 2021-2-20 08:47

Siderlee 发表于 2021-2-19 21:48
1，数据手册，它由4.5V 至 36V 单电源或 ±2.25V 至 ±18V 双电源供电。
2，你遇到的问题应该是运放自激了 ...

对于自激，我也是有这个怀疑的，因为板子年前是好的，年后就不行了，有些时候早晨还是好的，晚上就不行了，起初以为是跟板子相关，后来发现是跟信号相关。

因为我用标准的正旋或者三角波，运放都是正常的，而当我用来自于被测设备的120K hz的ook调制信号激励我的放大电路的时候，能看到输出波形不稳定，偶尔的几帧ook信号是能够被放大到电源轨。

另外我的放大电路如果不给激励信号，输出端是0V很稳定的，只是有一些正常的白噪声信号。

发表于 2021-2-20 10:00

maemo 发表于 2021-2-20 08:39
这个谁能看懂，不太明白， G=1和G=-1的区别，是指什么

带宽

发表于 2021-2-20 10:04

maemo 发表于 2021-2-20 08:47
对于自激，我也是有这个怀疑的，因为板子年前是好的，年后就不行了，有些时候早晨还是好的，晚上就不行 ...

原来是18V供电的

排除了这几个问题就好

看看输入信号和输出信号的关系，同事观察一下

发表于 2021-2-20 10:25

本帖最后由 maemo 于 2021-2-20 10:31 编辑

Siderlee 发表于 2021-2-20 10:04
原来是18V供电的

排除了这几个问题就好

输入信号和输出信号是反相输出，只是运放幅度没有呈现线性放大关系，
1. 板子通过接入实验室的无线信号激励， OOK调制信号，电源轨+-18V，当输出信号接近+-12V的时候，信号就被切削了，就跟压摆率不足的现象一样，
2. 但是我通过将信号发生器标准的150K  正旋或者三角波接入板子的时候，运放输出是正常的，说明压摆率是够的。

我的电路是反相放大，压摆率  共模电压没有变，输入信号不会影响到压摆率的大小变化。我的输入信号ook调制信号，正半周和负半周幅度不一样，有些时候还有半波，但是调制频率都是120k hz，

我现在强烈感觉是输入信号的什么特性  影响到压摆率了

登录 · 发表于 2021-2-20 11:48

本帖最后由 xukun977 于 2021-2-20 12:02 编辑

大电阻莫非便宜？电容该加的要加！

https://bbs.21ic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=2867518&highlight=%E6%9E%81%E7%82%B9

发表于 2021-2-20 13:12

maemo 发表于 2021-2-20 08:39
这个谁能看懂，不太明白， G=1和G=-1的区别，是指什么

闭环增增益：
G = 1: 同相放大器，放大倍数 1 v/v (0 dB)，就是俗称的跟随器。
G = -1: 反相放大器，放大倍数 1 v/v (0 dB)。

发表于 2021-2-20 21:01

king5555 发表于 2021-2-20 14:29
对于不规则激励信号，电路一直无法处于稳态，于是失真厳重，并且产生突波。修改后电路很快达到稳态，原理 ...

有试过添加右边的2.2n和10K，电路特性，没有改观

@zyj9490 · 发表于 2021-2-21 13:58

OOK 信号可以看作一个（周期性的）矩形脉冲信号与调制（正弦）信号相乘。
理想周期性矩形脉冲信号的频谱是 Sinc 函数，信号频率范围无限。
在被调制后，中心频率被搬到载频频率处，信号频率范围依然是无限。

三极管共发射极放大器，由于隔直电容和极间电容的存在，会有多个零极点。
二级共射放大加一级运放放大，估计整个的放大倍数不低，产生不稳定的风险或许比较大。

在批量生产的时候，由于 HFE 参数的离散性，三极管共发射极放大器的放大倍数离散性也会很大。

综上所述，目前的电路方案是否合适很难定论。如果方便的话，能不能晒晒：
① 输入信号的指标 —— 脉冲信号、载频信号和整个输入信号的频率、幅度等；
② 放大器的指标 —— 放大倍数、通频率带频率范围；
③ 负载的指标 —— 如果是高输入阻抗类的负载，则无需作过多考虑。

如果能说明整个设计的【功能】，或者方便的话晒出整个电路图，或许大家能给你想个比较合适的方案。
估计现在电路的方案可能存在的问题主要为通频带范围不够而导致的脉冲（调制）信号幅度失真，
和由整个放大器多个零、极点导致的在高频端的不稳定性。

发表于 2021-2-21 20:36

感觉三极管部分电路，加上直流工作点稳定电路，应该能改善。
或者把3级放大电路之间的交流耦合改为直耦，加上大环路的直流负反馈稳定工作点。

发表于 2021-2-22 08:56

xukun977 发表于 2021-2-20 11:48
大电阻莫非便宜？电容该加的要加！

真正展示你水平时候到了，发链接没用，解决了比你看一千本书一万个视频都有用，哈哈哈

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