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运算放大器输出电压波形似乎被限制了,求解答!

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本帖最后由 一只葱 于 2023-5-26 17:16 编辑

如上图所示,我的运算放大器最高输出可达接近4V,也就是饱和值在4V,但是现在出现了一个问题,我先通过电位器将放大倍数调低(也就是降低图中RR2的阻值),使得一个输入信号经过放大后,负压峰值在-1.2V左右,正压峰值在1.4V左右。如下图所示:

因为在测试的过程中总感觉信号真实放大值并不应该在-1.2~+1.4V(感觉超过-1.2V的电压被失真了),因此我进行 一个偏置,调整RR1使得信号的零点向下偏移0.6V,如下图所示:


按道理负压峰值应该变为-1.2-0.6=-1.8V,但是这张图中负压依旧被限制不能超过-1.2V,即信号的下半部分长度变成了0.6V(被缩短了!);同样,信号上部分似乎也有问题,变成了1+0.6=1.6V(被拉长了!)。总的来说,我不管如何调整偏置零点,正负电压的峰值都被限制在了-1.2到1.4V之间,并不是随着零点偏移整体向下移动或向上移动(这明显有问题)。

更奇怪的是,我通过调整RR2的阻值可以改变这种限制(比如增大RR2可以使得±4V才饱和,减小RR2有时±0.6V就感觉饱和了),但是按道理增益不管如何,都应该是±4V为饱和值才对呀,我不理解,求好心友友能帮帮我。(电路图如下)

注:测试了供电电压是稳定的:正压+5.02V,负压-4.81V。
  还有我这个是采集传感器的输出信号,最前面的电压跟随器有没有必要去掉呢?  这里调零和放大用的同一个运算放大器,应该对上面问题的影响不大吧?  放大器的电阻R1用的200Ω是不是小了?

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沙发
bendn| | 2023-5-26 17:15 | 只看该作者
没图。。。。。

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一只葱 2023-5-26 17:17 回复TA
现在有了 
一只葱 2023-5-26 17:16 回复TA
不好意思,刚刚在上传 
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一只葱|  楼主 | 2023-5-26 17:30 | 只看该作者
求大神解答

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bendn| | 2023-5-26 17:49 | 只看该作者
看到图了,感觉那个RR1通过R2连接到负反馈那里进行调零,实际是随着RR2的变化而变化的,并不是固定的调了0.6V,而是和输入信号组成了一个加法器,提供了一个固定值的电流,所以RR2越大最终调节的电压越大,RR2越小最终调节的电压越小;这样子的调节总感觉不稳妥呢

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5
bendn| | 2023-5-26 17:54 | 只看该作者
能不能试试让R2接到运放的正向输入端,然后正向输入端通过电阻连接到AGND,这样是不是就可以进行固定值的零点电压调节了;

或者按照你现在的电路,只把RR2换成固定值,然后把R1换成可调电阻,这样的话你的调零电路调节的电压值也是固定的,不会变动了

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6
一只葱|  楼主 | 2023-5-26 17:59 | 只看该作者
bendn 发表于 2023-5-26 17:49
看到图了,感觉那个RR1通过R2连接到负反馈那里进行调零,实际是随着RR2的变化而变化的,并不是固定的调了0. ...

可是调零的原理不就是加入一个偏置电压吗,相当于加法器(是不是这样理解)

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7
bendn| | 2023-5-26 18:02 | 只看该作者
一只葱 发表于 2023-5-26 17:59
可是调零的原理不就是加入一个偏置电压吗,相当于加法器(是不是这样理解) ...

原理上是没错,但是在RR1固定不变的时候你提供的是一个固定电流,然后调节的是这个固定电流流过的电阻RR2,所以最后你实际加进去的电压值是随着RR2变化而变化的,这个调零电压就不能正常调零了

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8
bendn| | 2023-5-26 18:04 | 只看该作者
一只葱 发表于 2023-5-26 17:59
可是调零的原理不就是加入一个偏置电压吗,相当于加法器(是不是这样理解) ...

所以我建议的是让你试试把调零电路连接到运放的正向输入端,这样就不会出现调零电压随RR2变化而变化了,或者把RR2固定,让R1可调,也能避免调零电压跟着变化

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9
一只葱|  楼主 | 2023-5-26 18:12 | 只看该作者
bendn 发表于 2023-5-26 18:04
所以我建议的是让你试试把调零电路连接到运放的正向输入端,这样就不会出现调零电压随RR2变化而变化了, ...

嗯嗯,谢谢你的建议,我会改过来的,不过我主要不是调零随电压变化的问题,我觉得不管偏置怎样变化,最后的输出电压上部分和下半部分大小应该是差不多的,而不是一个被拉长一个被缩短,也不应该被限制在-1.2V,因为还没有达到饱和值,主要这个挺困扰的

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10
bendn| | 2023-5-26 18:26 | 只看该作者
一只葱 发表于 2023-5-26 18:12
嗯嗯,谢谢你的建议,我会改过来的,不过我主要不是调零随电压变化的问题,我觉得不管偏置怎样变化,最后 ...

你的运放有没有规格书,会不会是阻值太小输出能力跟不上了

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一只葱 2023-5-26 18:38 回复TA
不好意思,我被限制每小时发3次评论,所以回的慢了点 我用的是lm358,放大电阻的阻值会影响输出能力吗,我在其他资料上找到说电阻越小功耗越低,不过他建议R1在1KΩ 
一只葱 2023-5-26 18:37 回复TA
不好意思,我被限制每小时发3次评论,所以回的慢了点 我用的是lm358,放大电阻的阻值会影响输出能力吗,我在其他资料上找到说电阻越小功耗越低,不过他建议R1在1KΩ 
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bendn| | 2023-5-26 18:56 | 只看该作者
你可以先试试我的建议,看看改了电路后测试波形是什么样的;
另外你测试的具体是哪个点最好也在原理图上标出来,还有你的信号频率是什么样的,看了下规格书,不存在带载能力跟不上的情况

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12
一只葱|  楼主 | 2023-5-26 19:17 | 只看该作者
bendn 发表于 2023-5-26 18:56
你可以先试试我的建议,看看改了电路后测试波形是什么样的;
另外你测试的具体是哪个点最好也在原理图上标 ...

好的,谢谢

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一只葱 2023-5-26 21:28 回复TA
问题解决了!!! 因为我已经设计了pcb并且焊接好了,所以改电路比较麻烦,而且也没设置相应的测量点(不好测量),因此先试了试把R1阻值从200Ω改成阻值1KΩ,结果输出正常了,波形随着调零正常下移没有限制直到±4V饱和 虽然正常了,但是我还是不知道为什么,有大神能解答一下吗,还有我是采集传感器的数据(压电等),前面的跟随器有必要吗 
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zchong| | 2023-5-26 20:40 | 只看该作者
用多通道示波器,把输入、电源、输出、调零的电压同步测量一下看看

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一只葱 2023-5-26 21:29 回复TA
问题解决了!!! 因为我已经设计了pcb并且焊接好了,所以改电路比较麻烦,而且也没设置相应的测量点(不好测量),因此先试了试把R1阻值从200Ω改成阻值1KΩ,结果输出正常了,波形随着调零正常下移没有限制直到±4V饱和 虽然正常了,但是我还是不知道为什么,有大神能解答一下吗,还有我是采集传感器的数据(压电等),前面的跟随器有必要吗 
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cooldog123pp| | 2023-5-27 08:22 | 只看该作者
跟随一边是增加输入阻抗,防止对前极电路产生影响,具体你说的这个现象我也没想到问题在哪里。

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一只葱 2023-5-27 09:24 回复TA
那跟随器我还是不删除了,搞不懂,把R1换成1kΩ就好了 《qwq》 
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zchong| | 2023-5-27 09:12 | 只看该作者
U1.2输出能力太差?带不动大负载?

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一只葱 2023-5-27 10:29 回复TA
@zchong :哦哦,好的 
zchong 2023-5-27 09:56 回复TA
@一只葱 :加大电阻是减少负载 
一只葱 2023-5-27 09:22 回复TA
感觉不太像,,它只是作为一个跟随器,应该问题不大,而且我把R1换成1kΩ就变好了,这应该是增大了负载吧 
16
叶春勇| | 2023-5-27 13:20 | 只看该作者
感谢楼主分析调试经验。
看到楼主的问题,推导了一遍。感觉没什么问题。
我分析如下:
1、放大倍数最大50倍。运放的频率响应降到几khz。速度慢了。
2、看了你的示波器图形。怀疑是不是输出电流饱和了?
翻了datasheet的输出电流部分。



假定20ma,U1.1的输出电压与电容的电压差超过4V就电流超标了。运放内部的限流的拉扯电路就工作了。
3、还有你的电容不是电解电容吧。
4、电压跟随器,速度够无所谓,考虑到你的波形,最好两个运放均匀分配放大倍数,提高整体带宽。不过看你后面一个100加10uf的低通滤波,感觉又没必要。

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一只葱 + 2 很给力!
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alienmiller| | 2023-5-27 13:27 | 只看该作者
本帖最后由 alienmiller 于 2023-5-27 13:29 编辑

你可以算一下当 R1 分别是 200欧 和 1K 时的运放放大倍数。

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一只葱|  楼主 | 2023-5-27 15:37 | 只看该作者
叶春勇 发表于 2023-5-27 13:20
感谢楼主分析调试经验。
看到楼主的问题,推导了一遍。感觉没什么问题。
我分析如下:

感谢你的分析,听了你的分析我觉得确实可能是电流饱和了,我有了以下新的理解(不知道对不对);
1.看了一下芯片手册,闭环增益50dB时频率响应接近4kHz,但这已符合采集信号的频率(50hz以下),所以这个影响是不是就不大;
2.我回想了一下,确实当波形被限制在-1.2V~+1.4V时,RR2的阻值只有280Ω(可能是调零电阻的并联导致了放大倍数远远超过280/200=1.4倍),因电阻太小,这样流过的电流是不是就过大而导致的电流饱和,对应电压就被限制在了-1.2V~+1.4V。而在我将RR2阻值调整到更大后,由V=IR,以至于我能输出的电压饱和值得到提升。至于第三张图,为什么随着零点的下移,正半部分反而从1.4V变成了1.6V,我现在觉得是因为本来正常输出就不应该是1.4V,而是更高,经过零点的下移使得正半部分电压受到的限制有了一定的减小,所以被拉长。
3.我用的是陶瓷电容,刚刚看芯片手册说了用低ESR的电容,这点我明白了,谢谢指点。
4.之前并不知道增益会影响带宽,学到了挺多。后面的电容我是要滤高频的,这里就打算暂用一个放大。

似乎问题被解决了,谢谢大家!!

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19
一只葱|  楼主 | 2023-5-27 15:39 | 只看该作者
alienmiller 发表于 2023-5-27 13:27
你可以算一下当 R1 分别是 200欧 和 1K 时的运放放大倍数。

谢谢,一个接近50倍,一个接近10倍,但因为调零电阻我感觉放大倍数会更大不止一点(因为R2只有1K)

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20
mcu5i51| | 2023-5-28 08:16 | 只看该作者
偏压调整移到运放+端,这个电路明显影响了电路增益

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