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[放大器-信号链]

关于运放失效及损坏,困了我半年了,求众大神发表帮忙

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HC0821|  楼主 | 2015-1-14 20:39 | 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 HC0821 于 2015-1-21 21:30 编辑

半年前做了一个电机调速器,调速信号为-5V 到 +5V,对应负的全速到正的全速;
​整体思路是:    MCU->SPI->DAC8568(0-5V)->2*OPA4188(-5V  -  +5V),电路图驱动部分如图1,
​整体没有什么太大问题,理论仿真都是对的,仿真就是那个运放那一块时好时坏,一直稳定必须下来,我都抑郁半年了!
​我不是搞专业搞模拟电子的,麻烦各位大神给琢磨琢磨;

​图1是主要电路图,功能就是实现单片机+DA实现输出8路0-5V,这一部分没问题;
​左半部分是用OPA4188运放,将DA的其中4路转换为(-5V  到 +5V),看起来有点复杂,其简图如图2;
​OPA4188采用双电源供电,其输出与输入主要为主要由参考电压及R4,R3决定;
​理论仿真都说得通的,但是我焊接过好几块,后来都断断续续出现了问题,
​1、总是会出现运放紊乱了,具体现象为,输入输出已经不再理论推导的范围内,完全是随机乱的,下面是测过的几组数据
    a:输入2.5V,输出-6V;输入5V,输出5V;输入0V,输出-12V;
    b:输入2.5V,输出0.87V;输入5V,输出3V;输入0V,输出-1.8V;
​    c:输入2.5V,输出-12V;输入5V,输出5V;输入0V,输出-12V;
​    d:输入2.5V,输出-3.5V;输入5V,输出3.55V;输入0V,输出-9V;
​    我一共2片OPA芯片运放八路,上次我测出来4路是上面那样完全比例是乱的,但是其它的4路是好的,具体是那一路都是随机的,

​2、还会出现运放失效,现象及时无论输入信号怎么变化,输出信号就一直是-12V,也是随机出现在某一路或者几路上;

​    总结1、2:  上面两种情况都是,后来出现的,就是说我一开始还是能够正常工作的,然后过几天就再测试就坏了几路,同一块芯片也也会出现某几路是正常的,某几路就是乱的,或者失效,芯片均没有发烫;

​3、也出现过好多次,焊接好测试一开始就发烫​,输出端基本恒定往-12V靠,芯片很烫有胶味,而且OPA的IN+,也就是信号输入端的电压也是乱的,接在DA输出通道上,压根不随着DA输出改变,反而把DA输出的电压乱拉,出现过有-0.5V左右的样子;

​我自我感觉,是PCB布版问题不大,因为前面一块是一直能正常使用的,然后又一次被我电源插反烧了,后面再焊接就再也没有焊接出一块稳定的板子来,感觉肯定是原理图设计有问题,OPA运放的使用需要注意很多问题,或许是哪些地方没有考虑到;但是原理图又貌似没有问题,毕竟前面有一块是一直能用的。这个问题问题困了我太久了,在网上都不知道怎么收索问别人,所以请大神们都指点指点,猜一猜我这个问题究竟出在哪里?我搞定以后一定结贴把成果分享给大家;

最新上传了4张波形图,其中可以看出,DAC输出的8个通道波形与电源基本一致,能够正常输出的OPA通道的波形与输入信号(DA输出)基本一致,但是OPA输出偏移的通道的波形就产生了有类似正弦波的样子,应该是输出振荡了,我两块板子16个通道(焊接的东西都相同),6个是正常输出,10个是输出偏移(且波形与输入信号不一致,为正弦波的样子);除了输出振荡,我觉得电源和输入信号的波形也不正常,但是好像没有影响线性放大;请大侠出点意见,如何消除输出震荡;

谢谢
​给大家拜个早年!






图2 简图.png (93.57 KB )

图2  简图.png

图1, 原理图.png (133.53 KB )

图1, 原理图.png

图3.设计总体思路来源.png (52.97 KB )

图3.设计总体思路来源.png

图6 电源供给图.png (139.19 KB )

图6  电源供给图.png

输出偏移的通道波形振荡_5us采样B.jpg (1.58 MB )

输出偏移的通道波形振荡_5us采样B.jpg

输出偏移的通道波形振荡_5us采样A.jpg (1.72 MB )

输出偏移的通道波形振荡_5us采样A.jpg

DAC的八路信号输出、3种电源、OPA输出正常的通道的波形_50us采样.jpg (1.51 MB )

DAC的八路信号输出、3种电源、OPA输出正常的通道的波形_50us采样.jpg

DAC的八路信号输出、3种电源、OPA输出正常的通道的波形_5us采样.jpg (1.58 MB )

DAC的八路信号输出、3种电源、OPA输出正常的通道的波形_5us采样.jpg

文件4:图1的简化漂亮版,可以看清楚一些.pdf

118.82 KB

文件3:PCB工程(包括发出去加工的原理图、PCB).zip

821.14 KB

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沙发
airwill| | 2015-1-15 11:16 | 只看该作者
本帖最后由 airwill 于 2015-1-15 11:23 编辑

我觉得你的电路设计没有问题, 但计算参数有问题.
我计算的结果是: R4=R3= 10K
另外还有负载的因素不能不考虑, 但电源电压还有不小的余量, 估计问题不大.

还会出现运放失效,现象及时无论输入信号怎么变化,输出信号就一直是-12V,也是随机出现在某一路或者几路上;明眼的一看, 就能感觉到运放工作在比较模式了, 这种情况的可能性最大的是:  R3 断开了, 检查一下焊接情况吧


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板凳
HC0821|  楼主 | 2015-1-16 14:26 | 只看该作者
airwill 发表于 2015-1-15 11:16
我觉得你的电路设计没有问题, 但计算参数有问题.
我计算的结果是: R4=R3= 10K
另外还有负载的因素不能不考 ...

感谢版主回复
关于您说的第一点,我是按照10K 10K焊接的,给出的简图是另外比例(输入信号是0-2.5V,参考信号是2.5V,所以按照10K,20K这样,也可以输出-5V  - +5V了),但是原理相同的;
我的设计图是要把这个输出信号接入金升阳的信号隔离模块的,所以也不算直接接在电机驱动端的;
另外,我测试的时候,也都没有接入信号隔离模块,只是有电压表示波器接在输出端看波形,但是都是不对的;
您解释的,输出信号不变这个我回去查一查给出回复,
不知道您对我出现的第一种情况,可有高见!
谢谢

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地板
airwill| | 2015-1-17 16:41 | 只看该作者
要不就是芯片坏了, 要不就是没有焊接好, 短路虚焊和漏电, 要不就是器件弄错了.

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5
smilingangel| | 2015-1-18 20:42 | 只看该作者
仿真跟实际的还是有差别的,搭个电路的试试的吧。

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6
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 10:56 | 只看该作者
smilingangel 发表于 2015-1-18 20:42
仿真跟实际的还是有差别的,搭个电路的试试的吧。

板子都开出来半年了,一直就是不稳定 ,老是出现乱偏移等现象,比如0-5V本来应该是对应-5V   ->   5V
但是经常测出来就是-6.3V ->  5V或者更离谱的-10.3V   ->   3.8V
然而IN-的电压一直与IN+跟随的很好,虚短感觉已经实现了,就是输出端压根不按照比例公式输出就无语了!

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7
玄德| | 2015-1-19 13:14 | 只看该作者

DA代码和输出值不对称。
你电路就是这样设计的。

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8
jjeemm77| | 2015-1-19 14:05 | 只看该作者
有自激现象!…在输入回路!而且大到使输出失调!…
  其次、换几家生产的芯片试试(排除芯片产生的可能)!
  焊完芯片后不要立马上电测试…(冷却)
  加强电路级间退藕!

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9
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 19:55 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 13:14
DA代码和输出值不对称。
你电路就是这样设计的。

感谢您的回复
不知你所说的不对称是什么意思!
目前,我单片机已经能够操作DA输出0-5V了,而且精度相当好,问题出在后面的运放上;
运放设计是把0-5V变成0V -> -5V,但是老是不定的哪路就会出现偏移。
我现在手里焊了两块,一块是8路都不对,一块是,只有两路不对;
今天测试结果:
先说两路坏的那块:
前几天有一路出现了偏移现象,后来把简图里的150PF电容去除以后,又慢慢回归正常;
今天早上又坏了一路,上电的时候输入2.5V,先是显示0.3V,过半个小时再去测就成了1.5V,然后调节输入端(即IN+),反向端电压跟随一致(即IN-脚电位始终与IN+相等),输出端也变化,但是对应关系都偏移了很多;
然后断电,过了半小时,再上电,输入2.5V,又输出
先说八路都坏了的那块,早上测的时候,八路都偏移了,多往负的方向偏移,比如:

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10
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:13 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 13:14
DA代码和输出值不对称。
你电路就是这样设计的。

感谢您的回复
不知你所说的不对称是什么意思!
目前,我单片机已经能够操作DA输出0-5V了,而且精度相当好,问题出在后面的运放上;
运放设计是把0-5V变成0V -> -5V,但是老是不定的哪路就会出现偏移。
我现在手里焊了两块,一块是8路都不对,一块是,只有两路不对;

今天测试结果:
    先说两路坏的那块:
    前几天有一路出现了偏移现象,后来把简图里的150PF电容去除以后,又慢慢回归正常;
    今天早上又坏了一路,上电的时候输入2.5V,先是显示0.3V,过半个小时再去测就成了1.5V,然后调节输入端(即IN+

),反向端电压跟随一致(即IN-脚电位始终与IN+相等),输出端也变化,但是对应关系都偏移了很多;
    然后断电,过了半小时,再上电,输入2.5V,又输出0.3V左右,过一会儿,有变为大概1.4V的样子;
    最后,我索性烫掉了简图里的150PF电容,居然又慢慢恢复正常了,刚开始是2.5V输出0.05V,后来慢慢变为了0.01-

0.02V,已经很理想了,其余没有去掉电容的6路,一直都是好好的,目前为止;

    再说八路都坏了的那块:
    早上测的时候,八路都偏移了。比如:0V对应9.3V,2.5V对应-2.3V,5V对应5V;多往负的方向偏移,也有少数是往正的

方向偏移;
    我也试过,把偏的严重的一路,直接短接那个75欧姆的电阻,去掉那个150PF的电容,结果好像并没有什么改观;
    但是,我把这个板子断掉,休息了几个小时,再上电全部输入2.5V,被我改过的哪路输出0.25V,其余7路都输出接近0V

,偏差0.02之间,感觉又满血复活了,真奇怪,但是过了半小时过去,就慢慢骗掉了,0点就一路接着一路不对了;
    测试过程中,IN-电压一直跟着IN+电压保持一直,就是输出端是乱的,我也怀疑过是不是反馈电阻坏了,简图中的R3,

换掉了,结果也没有改观;

啰啰嗦嗦说了这么多,大哥要是有兴趣要是感兴趣的话,就把您的疑点继续提出来,给点改进的意见,我测试通过后会反馈

给大家的;
谢谢您;

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11
玄德| | 2015-1-19 20:22 | 只看该作者

推导一下输入与输出的关系,我在别的坛说过。

我这里推导:
按你的简图,有:( Ref - Ui )/ R4 = ( Ui - Uo ) / R3
最后得:Uo = 3Ui - 2Ref

那么,Ui = 0 ~ 5 v,你自己算,对应 Uo 是多少?




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12
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:24 | 只看该作者
jjeemm77 发表于 2015-1-19 14:05
有自激现象!…在输入回路!而且大到使输出失调!…
  其次、换几家生产的芯片试试(排除芯片产生的可能)!
...

感谢您的回复!
大哥,根据我的图纸,最有可能产生自激的会是哪里?应该如何确定,又改如何去除!
还有您所说的退藕应该如何做,实在输入端加电容么?多大啊?

最后,大哥要是有时间的话,麻烦看看10楼我回复7楼的测试现象,请大哥再给诊断诊断,给你建议;
谢谢你;

(PS:大家注意,简图2里的20K应该是10K,这样比例才是对的,给错了;   还有就是,我又上传了一些图纸资料,可以更清楚的表达我的问题,方便各位DOC来诊断)

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13
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:26 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 20:22
推导一下输入与输出的关系,我在别的坛说过。

我这里推导:

哦,关于这个问题,我焊接的时候是按着,参考电压10K,  10K焊接的,是图纸给错了,上传的时候有点仓促,
那是另外一种比例运放的,

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14
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:31 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 20:22
推导一下输入与输出的关系,我在别的坛说过。

我这里推导:

图片2已经更新了,感谢您的指导!
您应该就是OPENEDV的哪位大哥吧,签名都一样!嘿嘿
感谢你!

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15
玄德| | 2015-1-19 20:33 | 只看该作者

如果 R3 = R4,那应当没问题。

示波器看运放输出端,有没有类似正弦波形?有,就是自激。

现在这情况,理论没错,实际有错;那往往是图纸和实物不一致。
比如,R3 到底是 10K 还是 20K,有没有虚焊,芯片型号错了,实物装反了,等等,这些现场问题。

再不行,重拿板子,只装一个运放,用稳压电源代替 DA,实验。


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16
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:52 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 20:33
如果 R3 = R4,那应当没问题。

示波器看运放输出端,有没有类似正弦波形?有,就是自激。

谢谢玄德

我最新上传了我的电源供给图,
我个人觉得可能会有疑点的地方,
一是+-12V偏差比较多,相对于地的话,不是太对称;
2是我的-12V的获取是用的金升阳的DCDC,按照图纸来,我加了很多电感,而+12V却一个电感都没有,这一点会不会导致两路电源的感抗差异太多,而导致运放出了问题!

这个我就不懂了!
谢谢

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17
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:54 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 20:33
如果 R3 = R4,那应当没问题。

示波器看运放输出端,有没有类似正弦波形?有,就是自激。

你说的型号拿错,实物放反,焊错,这些都可排除;
我明天再拿个空板子试试,不加DA的情况;

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18
玄德| | 2015-1-19 20:55 | 只看该作者

不知道你哪里买的运放?这种高端运放,谨防假货。

75欧和150p,都可以去掉。电容直接拆掉,电阻短接。尤其这个75欧,有害无益。


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19
玄德| | 2015-1-19 20:57 | 只看该作者

电源的对称性,感觉问题不大。但纹波一定要小。


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20
HC0821|  楼主 | 2015-1-19 20:58 | 只看该作者
玄德 发表于 2015-1-19 20:55
不知道你哪里买的运放?这种高端运放,谨防假货。

75欧和150p,都可以去掉。电容直接拆掉,电阻短接。尤 ...

OK,您对我刚上传的图6电源供应,关于正负不对称和负极高感抗这点,觉得会是疑点么?

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