100uV信号放大2500倍的问题

登录 · 发表于 2011-5-9 13:42

本帖最后由 kokoromi 于 2011-5-9 14:31 编辑

现在有一个频率5KHz，峰峰值0.1mV，直流偏量10mV的正弦波，想把它放大2500倍，并且变成双极性正弦波，用的运放是OP2177，两级放大，测试结果是波形干扰巨大，只能看出正弦波的轮廓....电路图入下，请高手指点，谢谢啊~

PS：还有一个诡异的现象，就是正常的输出结果应该是没有直流偏置的双极性正弦波，但是我发现R11取得越大，输出的直流偏置就越大（正的），取到27K的时候基本没有偏置，当小于20K的时候越小输出的直流偏置就是负的了，而且随着电阻的进一步减小，负的越多....

发表于 2011-5-9 23:36

第一个问题：“测试结果是波形干扰巨大，只能看出正弦波的轮廓”，是运放自激振荡了
第二个问题：“PS：还有一个诡异的现象，就是正常的输出结果应该是没有直流偏置的双极性正弦波，但是我发现R11取得越大，输出的直流偏置就越大（正的），取到27K的时候基本没有偏置，当小于20K的时候越小输出的直流偏置就是负的了，而且随着电阻的进一步减小，负的越多....”。出现这种情况是正常现象，不是什么“诡异"的现象,这是运放的本身的失调电压和偏置电流与输入阻抗产生的偏置电压引起的。可以使用调零电路，实现输出波形的对称，消除偏置电压

发表于 2011-5-9 23:42

C:\截图00.gif

登录 · 发表于 2011-5-9 23:44

file:///C:/截图00.gif

发表于 2011-5-10 00:04

这是实际的运放噪声模型，e1是电阻R1的噪声，e2是R2的噪声,e3是R3的噪声;inp是运放同相端的电流噪声，Ib是反向端的电流噪声，en是运放的电压噪声。你所说的第二个问题的原因是直流误差造成的，直流误差与噪声的原理相同，不同的是en处用失调电压Vos表示，运放同相端的偏置电流用Ib+表示，运放同相端的偏置电流用Ib-表示，直流误差的计算公式为：
Eo=Vos*(1+R2/R1)+Ib+*R3*(1+R2/R1)-Ib-*R2。
你的R11,更改了同相端的输入电阻不一样，那么直流误差电压自然变化了。具体的要好好看《运算放大器应用技术手册》了

发表于 2011-5-10 07:23

5楼分析完全正确

彭建学上海

发表于 2011-5-10 08:40

本帖最后由 kokoromi 于 2011-5-10 08:50 编辑

这是实际的运放噪声模型，e1是电阻R1的噪声，e2是R2的噪声,e3是R3的噪声;inp是运放同相端的电流噪声，Ib是反向端的电流噪声，en是运放的电压噪声。你所说的第二个问题的原因是直流误差造成的，直流误差与噪声的原理 ...
lijianming 发表于 2011-5-10 00:04

实在佩服~多谢啊。另外还想请教两个问题，一个就是上面说的第一个问题，那个运放自激振荡怎么处理呢？再一个就是运放的电压噪声只在同相端才有吗？

发表于 2011-5-10 08:58

本帖最后由 zjp8683463 于 2011-5-10 09:14 编辑

第二级放大也应该用交流耦合。
这样用2级交流耦合反比例放大各50倍比较合适，在反馈电阻上并一个电容，可以形成2阶带通滤波。
我用LM324放大5000倍都没问题，但输入接地时噪声被放大，约50mv（RMS）。所有使用低噪运放opa277或227肯定要好很多，基本没什么难度，但要注意带宽问题。。

登录 · 发表于 2011-5-10 12:18

发表于 2011-5-10 12:37

第一个问题：运放自激振荡怎么处理呢？首先，电路中的自激振荡问题就是自控中的稳定问题，要想把自激振荡问题彻底解决，那就得理解自控中系统稳定的条件，根据乃奎斯特问题判据来读运放的波特图判别其稳定不稳，运放的稳定裕度和相位裕度是多少？然后根据实际情况采取相应的补偿措施，超前校正，滞后校正，超前滞后校正。具体什么时候采用什么补偿方式，这要把自控原理学透了。其次，对与实际的电路如何把相应的校正用元器件实现。一般的实现方式是添加电容，但是电容放在哪？容值多大？这些都是根据自控原理算出的零点，极点位置，计算推导出来的。算出的值只能是参考值，因为现实生活中的电路非理想的状态，电路板上、器件之间等有杂散电容，线有阻抗，等等因素干扰。为此，实际电路还要在基于算出的基础上进行调试。

发表于 2011-5-10 12:52

对于你这个电路来说，你详细看芯片参数手册，动态性能的增益带宽积是1.3MHz(注意测试条件，这个很重要啊！！！),你的信号频率是5kHz,你的单级放大的增益50,满足运放的动态性能指标了。其次，你要看图12（正负15V）、图13（正负15V）、图32（正负5V）、图33（正负5V）的曲线，判断芯片能正常工作在你的要求吗？

登录 · 发表于 2011-5-10 12:52

发表于 2011-5-10 13:03

你看说明书中的图16,可以知道此运放对于脉冲信号有过冲，那么此系统是二阶系统，那么该电路在某个点就有可能不稳，从而自激振荡。
你的电路中是两级运放串联，那么至少是四阶系统，很可能振荡了。

发表于 2011-5-10 13:07

明白了振荡产生的机理后，根据原理来分析你的问题，进而解决。你的需要测出自激振荡的频率，第一级放大电路振荡了引起的还是第二级放大电路引起的，或者两者都引起了？

发表于 2011-5-10 14:50

多谢~

发表于 2011-5-10 16:15

透彻啊

发表于 2011-5-10 17:53

13# lijianming

这个好像不对.4阶归4阶,但这个4阶是开环的.
运放自激应该只和单个运放自身的电路有关,和前级输入无关.

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