Небольшой Вопрос Про Операционный Усилитель

[kiv.apple]

У меня есть следующая схема:

Как можно заметить, это дифференциальный усилитель, при этом средняя точка для него идёт с буфера на другом ОУ, который усиливает результат интегрирования ШИМ (ШИМ не меняется в ходе работы схемы).

Так вот, пока входы дифференциального усилителя никуда не подключены, всё хорошо. На C1 стабильное напряжение с небольшими пульсациями. На выходе OP1 такое же, но с микроскопической ВЧ-помехой. Однако если на входы дифференциального усилителя подать реальный сигнал, то начинаются проблемы. Сигнал представляет собой короткие импульсы (несколько микросекунд) амплитудой порядка 12 вольт (около 12В вольт подаётся на оба входа дифференциального усилителя, мерится разность между ними). При этом каких-либо претензий к работе дифференциального усилителя нет. Проблемы начинаются с буфером OP1. При появлении коротких импульсов 12В, подключенных через резисторы 47кОм + 10кОм, начинаются искажения выходного сигнала (отклонения до 0.5-1В на время импульса, затем тут же нормализуется), которые, в итоге влияют и на выход дифференциального усилителя (ещё бы, средняя точка плавает). Насколько я понимаю, поскольку входное сопротивление OP2 очень велико, то можно рассматривать просто, что на выход OP1 подаётся 12В через сопротивление 57 кОм.

В качестве обоих операционных усилителей используется LM358.

Почему происходят такие искажения выходного сигнала буфера? Как их избежать? Proteus подобные проблемы не симулирует, они были выяснены уже после сборки схемы в реальности и тыканья в неё осциллографом.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[J_Ohm]

ОУ взять более скоростной, а дифференциальные сигналы на входах уменьшить, и потом скорректировать усилением, если требуется. 12В - это почти напряжение питания, слишком много для LM358, Figure 8 в даташите видели?

Дифференциальный каскад, видимо, не способен быстро перезарядить емкость коррекции и перегружается. .

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Falconist]

Сигнал представляет собой короткие импульсы (несколько микросекунд)...

В качестве обоих операционных усилителей используется LM358.

Ничего удивительного. Так и должно быть: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=136092&st=40#comment-2174490

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[kiv.apple]

ОУ взять более скоростной, а дифференциальные сигналы на входах уменьшить, и потом скорректировать усилением, если требуется. 12В - это почти напряжение питания, слишком много для LM358, Figure 8 в даташите видели?

Дифференциальный каскад, видимо, не способен быстро перезарядить емкость коррекции и перегружается. .

Дифференциальный усилитель на LM358, как ни странно, работает абсолютно адекватно (меня вполне устраивает его скорость реакции на изменение разности сигналов). Проблемы именно с буфером, который не может удержать нужное напряжение. Как я понимаю, мне нужно заменить только его на более скоростной? Можете подсказать насколько более скоростной нужен, на какие характеристики в даташите смотреть?

[Falconist]

Ничего не надо менять. Буфер - он и в Африке буфер. С выходным сопротивлением, стремящимся к нулю и максимальным током более 30 мА. На такой выход 47 кОм нагрузки - тьфу и растереть.

Пересмотрите разводку общей шины и шунтирование шин питания конденсаторами. Скорее всего, проблема именно в "иголках" по ОШ при сопряжении цифровой и аналоговой частей. Тем более, что в симуляторе подобных глюков не наблюдается.

[kiv.apple]

Пересмотрите разводку общей шины и шунтирование шин питания конденсаторами. Скорее всего, проблема именно в "иголках" по ОШ при сопряжении цифровой и аналоговой частей. Тем более, что в симуляторе подобных глюков не наблюдается.

Если отключить вход дифференциального усилителя от источника сигналов, то иголочки пропадают. Хотя вся силовая часть схемы продолжает работать как раньше.

[Falconist]

А чего ж Вы хотите? Конечно, пропадают. Вы ведь цепь прохождения сигналов разорвали. А что при этом делается по питанию - ОУ по барабанцу.

И прекратите наконец тупое цитирование. Пользуйтесь окном "Ответить".

[kiv.apple]

Ну земля то у всех схемы общая... Хотя, конечно, я просто могу что-то неверно понимать.

Вот текущая разводка платы. Вход питания с левой стороны, дифференциальный усилитель находится на другой плате.

[Falconist]

И о чем этот кусок платы свидетельствует? Такое понятие, как "земляная Мекка" (по Хоровцу и Хиллу) Вам известно?

[kiv.apple]

Ну... по ней можно определить, длину дорожек от конденсаторов на питании до микросхемы. От земли керамического конденсатора на питании C2 до земли ОУ - менее сантиметра. А вот плюсовой контакт питания достаточно длинный. Такое понятие как "земляная Мекка" мне не известно и с ходу нормально не гуглится. Можно узнать поподробнее?

[Falconist]

Скачайте книгу Хоровица и Хилла "Искусство схемотехники" глава 9 (в 2-томнике 1983 года это первая же глава 2-го тома). Ваша проблема (скорее всего) описана в подразделе 9.14 ("Внутриплатные соединения"). Рис. 9,27, 9,28.

http://www.e-reading.club/djvureader.php/142082/40/Hill_-_Iskusstvo_shemotehniki._Tom_2..html

[kiv.apple]

Тыкался осциллографом в ножки питания ОУ - там всё число и гладко.

Зато вот осциллограмма выхода буфера:

Голубой график - 12-вольтовые импульсы, жёлтый график - напряжение на выходе буфера (масштаб графиков разный, см. обозначения в левом верхнем углу).

[Falconist]

Ссылку на источник и рисунки оттуда я давал. Получили Вы именно то, что на них изображено.

[mail_robot]

а ничего что на входе повторителя RC фильтр стоит?

[kiv.apple]

Так ведь это же сигнальная линия, а не земля или VCC. В книге вроде написано про помехи по шине питания, а там всё чисто (да и в схеме, как и советуют, множество керамических конденсаторов, разве что земляной проводник тонковат). Или я опять неверно понимаю что-то? Если да, то мне нужно переделать плату, сделав земляной полигон как можно толще и поставить больше керамики?

mail_robot

RC-фильтр там стоит совсем не зря - на вход поступает ШИМ с микроконтроллера и таким образом превращается в аналоговый сигнал. Простейший ЦАП по сути дела. При этом пульсации напряжения на конденсаторе минимальны, если смотреть осциллографом. К тому же если отключить нагрузку от буфера (но оставить дифференциальный усилитель и силовую часть схемы, просто кинуть среднюю точку дифференциального усилителя на обычную землю), то иголочки исчезают.

Изменено 27 апреля, 2016 пользователем kiv.apple

[mail_robot]

а, я думал на это вход чтото поступает. Невнимательно прочитал

может все таки разводку земли посмотреть? Очень похоже на коммутационные помехи от шима, которые дергают потенциалы входов относительно нулевого потенциала схемы. В том числе и опорник дифусилителя

Изменено 27 апреля, 2016 пользователем mail_robot

[J_Ohm]

Дифференциальный усилитель на LM358, как ни странно, работает абсолютно адекватно

Я не его имел в виду. Так понял, что импульсы синфазны, раз измеряется разность между ними? Если так, при равенстве импульсов, на входах усилителя они вычитаются. В буфере же, на вход ОУ - попадает только одной полярности, не сбалансированный. Для "поглощения" этого воздействия через действие ООС, ОУ буфера вынужден шевелиться.

[kiv.apple]

Я выше выкладывал фрагмент платы с ОУ.

Вот полная плата (земля подсвечена):

А вот датчик тока (вот для него и используется диф. усилитель):

Кстати, мне тут другие люди подсказывают, что проблема может быть в слишком крутых фронтах импульсов. Посмотрел осциллографом - сигнал нарастает от 0 до 12В за 86 нс, а падает с 12 до 0В за 100 нс. А LM358 всего лишь на 1 МГц (единичное усиление). Может ли быть такое, что буфер просто не успевает адекватно реагировать на такое быстрое изменение тока нагрузки?

[kiv.apple]

Для "поглощения" этого воздействия через действие ООС, ОУ буфера вынужден шевелиться.

Угу, синфазны. И ему не хватает скорости, чтобы скомпенсировать это воздействие, потому что фронт импульса слишком короткий, верно?

[J_Ohm]

Да, я об этом.

Сомневался бы, кстати, действительно ли последствия существенны, но Вам виднее.

Можно отделить от R1 часть сопротивления, и построить RC фильтр назад. Конденсатором повторитель можно зашунтировать и напрямую, хотя такое лобовое решение не универсально - повторителю придется работать на емкостную нагрузку.

[kiv.apple]

Ну я вижу, что именно в момент этого импульса срабатывает компаратор LM393, хотя он должен был сработать при другом значении напряжения.