请教：运放的保护与输出

只看该作者 · 2007-1-15 11:13

各位大侠，小弟用运放不太多，经验不足，请高手给点指点。如下图，利用带磁棒的电感来感应信号，用OP2177搭成差分电路（为了防止现场的共模噪声干扰）来接受此信号，通常这信号是比较弱的，但是有时候50HZ的共频信号会很强，特别是现场有大的冲击时，电感感应出来的电动势也会很大，甚至有可能超过3.3V（运放电源电压）。此种情况下，应该注意怎么保护运放呢？小弟只是加了两个普通二极管来限制输入电压差，那么还应该注意些其他方面的保护呢？
另外，如果保护可以确保运放安全的话，如果输入信号过大，那运放输出的信号是不是就是削平峰谷的正弦波了呢？
先谢谢了。

只看该作者 · 2007-1-15 14:25

OP1117、2177是ADI的低噪声的精密运放，因为有效信号夹杂在工频量中比较弱，所以才选中此运放。
小弟又思考了一下，是不是该把两个保护二极管放在10K精密电阻左边呢？如果是的话，这两个保护二极管还需要串联放电电阻吗？
谢谢

只看该作者 · 2007-1-15 16:21

磁棒受到的干扰主要是磁场干扰。可以调整磁棒与干扰源之间的相对位置，使之尽量与干扰磁力线垂直。

“如果输入信号过大，那运放输出的信号是不是就是削平峰谷的正弦波了呢？”
是的。输出波形会接近方波。

只看该作者 · 2007-1-16 08:12

感谢tuwen兄的建议。
您把电阻分开的建议小弟也考虑过，但我担心这样做会减低电阻的精度，毕竟差分电路对对称性要求很高。而且如果50HZ的工频信号很强的话，有可能超过有效信号的强度1000倍以上（当然频率不同，后面用模拟和数字滤波过滤信号），分开电阻的话精度就会降至千分之一以下。是不是我多虑了？
另外，为了确保运放的输出，是不是应该在其输出端上加上两个稳压管呢？比如用两个2V的稳压管将输出电压限制在-2~+2V？
谢谢。

只看该作者 · 2007-1-16 12:02

2万 · 2007-1-16 12:26

而且估计还没有L1的影响大

1万 · 2007-1-16 13:10

工频信号干扰大的话，可能会导致你后面的运放饱和了，那就没办法工作了。

只看该作者 · 2007-1-16 14:06

哈哈，有效信号和工频信号频带相距不太远，而且强度相差很大，模拟滤波效果不理想，这才用到后面的数字滤波。
如果前面也考虑用模拟的方式过滤一下的话，那就只能用电感和电容搞谐振了（其他模拟滤波除非是无源滤波，否则运放将改变差分接受的模式，那么接受电路中就有可能夹杂共摸噪声），其实这是最理想的接受方式：既可以毫无遗漏的接受信号，又可以同时放大有效信号。但是由于频率较低，所需电容会比较大，又是无极性的，再加上精度高，小弟担心这样的电容可能找不到。具体点小弟计算过：大概1~10个uF,同时还得要求电感作到较高精度的一致性，这样难度是否比较大？
小弟正是考虑到工频信号有可能使运放饱和，所以才想使得该运放能在工频信号过强时仍保持线性（不影响有效信号的接受与放大），此时输出应该仍然是周期性（周期为50HZ，包含50HZ各次谐波组成的类似方波的削平波形）的，这样才想起加种种保护，所以还请老兄多指教：保护运放，不让它饱和。

1万 · 2007-1-16 14:35

一旦输入干扰信号使保护二极管导通了，那么输入信号在附近再怎么变化，电压也维持不变了。所以要保留有用信号,又要去掉干扰信号，只能是滤波,用限幅的方法是不能保留有用信号的。

干扰信号那么大(3.3V),那么运放必然会饱和,并且远在二极管起作用之前就饱和了.因为运放饱和前,同向和反向输入端的电压差依然还保持在0V.

如果干扰信号一直这么大，这个电路是没办法测量到叠加在里面的小信号的。

只看该作者 · 2007-1-16 15:45

那么我所说的谐振的方法能行的通吗？也就是说在现实中能找到无极性的、大概1~10个uF且较高精度的电容呢？

1万 · 2007-1-16 15:57

为什么要感应这样一个信号呢?就是说，被感应的信号是怎么来的?能不能在被感应的信号上想想办**例如想办法避开工频干扰，如提高频率或者增加调制等。

只看该作者 · 2007-1-16 18:15

这信号是既定的，220HZ，据说再高了会在线路中的对地电容衰减过快。至于调制不太可能，这信号就是直接注入的。我的任务是设计产品从工频信号中接受这个信号。关于这点已经跟老板讨论过多次了，现在怕的就是运放饱和阻塞电路。

2万 · 2007-1-16 21:47

就应该先滤波再放大
至少是先“稍微”放大，滤波，再进一步放大
总之不能让放大器饱和

保护二极管可以像tuwen说的，插在两个电阻之间，这是规矩的做法
也可以直接并联在线圈两端，因为线圈自身的内阻应该也不小

只看该作者 · 2007-1-17 08:14

因为先滤波的话只能用无源滤波（有源滤波同样会有饱和的问题），这样的话只能用纯RC来搭配电路，而且跟负载的阻抗也就是差分电路的输入阻抗有关，这样除了要注意差分电路的输入阻抗也就是R7、R8要尽量选的大些之外，还要考虑RC电路中的容值跟前面的电感在某个未知的频率谐振。
小弟正在做这方面的尝试，希望各位高手提点。

只看该作者 · 2007-1-17 08:20

各位高手，问个比较直接的问题：假如此差分电路没有放大，也就是说R9/R7=R10/R8=1，运放的电源是3.3，那么允许加在R7、R8左侧，也就是说电感的电动势能有多大呢？当超过一个什么样的值时，运放就不能保持线性工作了？这个值跟运放中的什么指标有关？跟电路的放大倍数有关吗？
OP1117/2177的PDF资料比较大，无法上传，还望热心的朋友如果用到可到网上查看。
谢谢。

1万 · 2007-1-17 12:13

如果是轨到轨的运放，输出电压可以很接近电源电压.

前面可以考虑加50Hz限波器试试.

只看该作者 · 2007-1-17 14:35

再弱弱的问一下，如果输入端电压过大，使得同向和反向输入端的电压差不再为0，那么此时的损坏是永久性的吗？当输入减小至正常时，运放还能恢复工作吗？

1万 · 2007-1-17 15:01

只看该作者 · 2007-1-17 16:29

我曾经注意过资料上的这个参数，我把那一页单独摘下来弄成了PDF传了上来，老兄可以帮忙看看。小弟没弄错的话应该是其中的Differential Input Voltage.
但是我们分析运放时都是按两个正负输入端电压差为0，那么怎么根据此值来分析电阻左侧的输入极限呢？

相关链接:https://bbs.21ic.com/upfiles/img/20071/2007117161750648.pdf

1万 · 2007-1-17 17:07

设开环增益为Go,由于Go通常都很大，例如是10000,那么,在输出未饱和时,假设输出电压为2V,那么差分电压为2/10000=0.2mV. 由于差分电压很小，所以认为它为0.

但是如果运放饱和了，那就不一样了.由于运放饱和了，所以输出电压不能再变化，因而反馈量不够，从而导致差分电压增大.例如,增大到3V.这时按照开环增益来计算，应该要输出30000V,但是由于运放的电源电压有限,因而运放饱和.

如果输入电压很小，不至于运放饱和时,可以认为两个差分端的电压为0,从而不需要保护。

但是如果输入电压很大，导致运放饱和，从而不能维持两个差分端的压差很小时,就需要保护了。

从你贴的这个pdf来看，差分电压的最大值为±电源电压，因而差分电压最大可到±3.3V。但是通常为了安全起见,都是限制它比这个小.用二极管箝位,可以保证两者的差模电压小于±0.7V。但是共模电压有可能会超出电源电压，因而还需要共模保护。由于前面有大电阻，运放内部应该也有到电源的箝位二极管，省略掉可能也问题不大。但很多实际的电路宁愿外面再加保护。

请教：运放的保护与输出

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自己顶

最好将R7、R8一分为二，两个二极管移到当中。

感谢tuwen兄的建议

楼上的别这么无聊，俺等着救命呢

R7/R8不影响差分精度，只影响增益

信号频率多少?最好考虑前面滤波一下

computer00,俺就喜欢您来凑热闹

这样的保护电路，只能起保护作用而已，而不能保留信号

兄台言之有理

高精度,高稳定性的电容不容易找.

这信号是既定的

如果干扰比信号强很多

滤波有难度

另外问个直接的问题

主要看输出电压是否太高

再弱弱的问一下

看datasheet,里面应该有两个输入端能承受的最大电压差.

再次请教

两个输入端之间的电压差为0,那是指运放未饱和时

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