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请问如何将10mV的正弦信号调理到4mV

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楼主: tanchao628
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电阻的精度当然要考虑,这直接影响信号的精度。另外,即使该信号是准确的,但经放大后就未必了,至少你的电路是不行的,只有经过正确的电路放大才行。正确的电路是采用多级放大,并要控制好运放的输入失调系数和反馈网络的精度,还有电源、PCB设计等等,高精度的高增益放大器不是简单几个元件就能搞定的,建议楼主去看看运放方面的基础书籍。

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maychang| | 2013-8-23 00:56 | 只看该作者
LM324失调电压就有几mV,你放大1000倍,就是几V。现在Vout只有几百mV,你的这片运放相当不错,碰上一片好芯片。

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maychang| | 2013-8-23 01:26 | 只看该作者
就算楼主搞成了高精度高增益放大器,其成本(包括材料和人工)也相当可观。不如用直流测量来代替。
直流测量,比交流测量准确得多也精密得多。直流测量4mV精度千分之一是比较容易的。那么楼主只要保证你的跟随器频率响应在一定范围内平直(这是容易做到的),就可以保证交流数百Hz信号也是准确的4mV。
测量直流小电压的仪器,是电位差计,电工商店有售。

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andyany| | 2013-8-23 11:32 | 只看该作者
LZ可以开阔一下思路:真的需要4mV的信号吗?
有句话是这样说的,不谋全局,不足谋一域。

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lirunze| | 2013-8-23 11:54 | 只看该作者
路过,学习了啊

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-23 21:59 | 只看该作者
maychang 发表于 2013-8-23 00:56
LM324失调电压就有几mV,你放大1000倍,就是几V。现在Vout只有几百mV,你的这片运放相当不错,碰上一片好芯 ...

昨天测的时候放大倍数是101,所以失调电压 应该在2mV多。今天收到了OPA07和OPA2227,回头试一下。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-23 22:01 | 只看该作者
maychang 发表于 2013-8-23 01:26
就算楼主搞成了高精度高增益放大器,其成本(包括材料和人工)也相当可观。不如用直流测量来代替。
直流测量 ...

maychang老师这个建议很好,我回头测下直流信号。
我用信号发生器输出一个404mV的直流信号,然后用agilent的万用表测一下电压跟随后的电压是不是4mV就可以是吗?电压跟随前面要不要加滤波电路啊?

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-23 22:03 | 只看该作者
andyany 发表于 2013-8-23 11:32
LZ可以开阔一下思路:真的需要4mV的信号吗?
有句话是这样说的,不谋全局,不足谋一域。 ...

这里的4mV信号是用来为待测产品做基准信号的,要求精度到0.01mV。待测产品的放大倍数在2500倍左右,会把信号放大到10V左右。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-23 22:11 | 只看该作者
本帖最后由 tanchao628 于 2013-8-25 00:43 编辑

波形更新到34楼。

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haiyuan254| | 2013-8-24 09:05 | 只看该作者
超级版主说的对!R3,R4选型错误,现在的Vou2=101*Vout1,运放的应用推荐放大倍数在10倍以下,10倍以上可能会出现输出不稳定的问题。需要大的放大位数需要多级。但你现在的电路还是有问题,R7和C1会让你的应用精度全无!电容的初始精度一般在10%,好的也就5%,你肯定买不到更高精度(军工企业除外),且电容的温漂一般也是15%左右,可以计算电容在200hz情况下的阻抗1/(2pifc),最大最小分别为4257欧姆和3146欧姆,再和470欧姆分压,光温漂就可以弄死你!所以你的只电路不能用电容,用能加在入口和出口。你的opa2227也不行,原因是Input Offset Voltage Max = 75uV,就是说在0点会有最大75uV的不确定,电阻0.1%可以用,但不推荐,0.01mV/4mV = 0.0025即0.25%,0.1%与这个已经很接近了~,推荐0.02%的电阻。运放推荐opa335这类的,但输出电流不够~,如果用运放的输入正负必须用精密电阻配平消除Input Bias Current的影响,总之你这个需求有点撤,4mV的交流要精确测量都很难,如果是直流还问题不大,我不知道你做出来怎么进行确认,有这么精密的测量仪器吗?,建议更改需求吧,弄个直流都行。另外,你的设计缺少必要的计算,把设计转化成数学语言,你自然知道行不行了。

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haiyuan254| | 2013-8-24 09:07 | 只看该作者
忘记说了,你运放的供电电源要求非常高!

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andyany| | 2013-8-24 11:29 | 只看该作者
tanchao628 发表于 2013-8-23 22:03
这里的4mV信号是用来为待测产品做基准信号的,要求精度到0.01mV。待测产品的放大倍数在2500倍左右,会把 ...

LZ,你想要的信号是不容易做到的。从测量学的角度说,要测量这个信号,需要用更高级的系统。做这样一个系统,更难。
何不做两手准备?
首先,寻找能测4mV信号的设备,这样可以加快进度;
其次,继续做你的测量系统。寻到的测量设备也能有所帮助。
另:把滤波部分的电阻拿掉,会影响到你所说的波形下移吗?

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-25 00:14 | 只看该作者
本帖最后由 tanchao628 于 2013-8-25 00:27 编辑
haiyuan254 发表于 2013-8-24 09:05
超级版主说的对!R3,R4选型错误,现在的Vou2=101*Vout1,运放的应用推荐放大倍数在10倍以下,10倍以上可能 ...


haiyuan254,你好。非常感谢你的回复,看了之后很有帮助。谢谢!

我这里最初的需求就是需要4mV Vpp的正弦信号,频率200Hz,精度要求0.01mV。这个信号应该是给待测产品作为基准信号用的,待测产品的放大倍数在2500倍左右,把信号放大到10V左右。

因为信号发生器最小只能输出10mV Vpp的信号,所以我就想通过电阻分压+电压跟随做隔离的方法来实现。准备将404mV的信号通过100ohm和10K进行分压到4mV。但是由于4mV的信号太弱了,我没法直接测量,所以就又加了一级放大电路,希望通过测量放大后的信号间接测量4mV的信号。

我对运放也不太懂,在网上查了下,选了OPA2227,输入失调电压75uV。因为OPA2227还没到,所以就先用LM324做了下测试。

第一天测试时,放大电路的放大倍数分别试了101倍和1001倍,即将4mV放大到404mV或者4004mV。我看了下输出信号的峰峰值分别在427mV和3.902V左右(示波器测试),除以101和1001分别为4.228mV和3.908mV,说明分压后的信号幅值基本上还是在4mV左右的。不过因为LM324的输入失调电压的原因,输出信号零点偏移比较严重。另外波形中间有一段有变形,上升过程中不平滑。

第二天测试时,在放大电路前加了滤波电路,R7=470ohm,C1=220n。加了滤波电路后,波形比较平滑,上升过程中那段平的没有了,峰峰值为407mV,除以101为4.029mV。由于LM324的输入失调电压,波形的中心在-277mV,应该是LM324输入失调电压导致的。保留电阻R7,去掉滤波电容C7后,波形中心点变到-81mV,但是波形上升时又变的不平滑了。

原理图:


测试波形:
上面为输入信号Vin,信号发生器输出的信号。下面为Vout2,分压后又放大的信号。

1. 放大1001倍,没有滤波电路。信号峰峰值3.902V,除以10013.898mV,中心偏移到-1V左右,波形上升不平滑。


2. 放大101倍,没有滤波电路。信号峰峰值427.1mV,除以1014.228mV,中心偏移到-200mV左右,波形上升不平滑。


3. 放大101倍,有滤波电路,电阻R7=470ohm,电容C1=220n。407mV,除以1014.029mV,中心偏移到-200mV左右,波形上升平滑。


4. 放大101倍,只有电阻R7,没有电容C1。中心偏移到-80mV左右,波形上升不平滑。


输出波形Vout2中心点发生偏移应该是LM324的输入失调电压引起的,波形不平滑好像是没有滤波电路。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-25 00:21 | 只看该作者
haiyuan254 发表于 2013-8-24 09:07
忘记说了,你运放的供电电源要求非常高!

现在用的电源是网上买的12V转+/-5V的一个电源模块。如果运放+/-12V或者+/-15V供电用什么方式比较好啊。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-25 00:36 | 只看该作者
haiyuan254 发表于 2013-8-24 09:05
超级版主说的对!R3,R4选型错误,现在的Vou2=101*Vout1,运放的应用推荐放大倍数在10倍以下,10倍以上可能 ...

你回复里说放大电路前不能加电容,也就是不能用滤波了。我在《图解OP放大器应用技巧100例》里看高精度的mV级的DC放大器必须具备输入滤波器。那现在200Hz的正弦信号能加吗?但是我加了滤波之后波形确实变平滑了。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-25 00:40 | 只看该作者
andyany 发表于 2013-8-24 11:29
LZ,你想要的信号是不容易做到的。从测量学的角度说,要测量这个信号,需要用更高级的系统。做这样一个系 ...

4mV是给待测产品作为基准信号用的,待测产品的放大倍数在2500倍左右,把信号放大到10V左右。

有滤波电路时,信号上升是平滑的;没有滤波电路或者拿掉电容只保留电阻,信号上升都不平滑。
只拿掉电容,保留电阻时,信号中心的偏移会小点。

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-25 21:50 | 只看该作者
本帖最后由 tanchao628 于 2013-8-25 21:55 编辑

今天从1%的色环电阻里选了一些精度高的,配合OPA2227又做了些测试。今天通过直流电源加400mV左右的直流信号,通过万用表测量直流电压。
OPA2227的输入失调电压测试下来在几十uV左右,跟datasheet一致。一开始测下来发现有几mV,后来给运放供电的+/-5V上加了电容就正常了。

电路图:


直流信号的测量结果,电压单位为mV。V2的精度基本在1.5%以内,放大电路的精度在1%以内。


测量波形:
黄色信号为Vin,绿色信号为V3。V3的频率没问题,但是上面有噪声,不知道为什么。


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shi_yiou| | 2013-8-26 11:21 | 只看该作者
为何不用DAC和MCU输出得到这样的波形?

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tanchao628|  楼主 | 2013-8-26 21:47 | 只看该作者
shi_yiou 发表于 2013-8-26 11:21
为何不用DAC和MCU输出得到这样的波形?

可以介绍下大致的实现方式吗?信号的电流要求30mA,你说的方法可以达到吗?谢谢!

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haiyuan254| | 2013-8-27 07:08 | 只看该作者
tanchao628 发表于 2013-8-25 00:36
你回复里说放大电路前不能加电容,也就是不能用滤波了。我在《图解OP放大器应用技巧100例》里看高精度的m ...

书上的都是理论,她没有考虑电容的精度和温漂,你做信号源必须考虑,加在入口和出口就不会影响你的电路了。电源测一下纹波,看一下运放的电源抑制比,计算一下对你输出的影响。建议你把信号加在设备里面,设备里肯定也是多级放大,比如加在第二级,这样就不用这样小的信号了,好做,第一级单独检验。

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