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jf_39980709

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[问答]

为何电压跟随器在负电压区域无法正常工作?

大家好:

新手入门,刚接触电路设计,前来提问,多请包涵。

我使用NE5532搭了一个电压跟随器,正负电源输入分别为6.0 V和-5.5 V,在正输入端接直流输入,测负输入端的电压。电路如下:
5E00OKA5@E)0CNT_UVL7P.png

其中反馈回路上要接外部电路,用R7代表,目的是使得负输入端的电压跟随正输入端,并且R7上没有电流通过。

在测试这个电路时,发现当输入电压Vcc > -0.8时,负输入端的电压基本等于Vcc,一直到3.3 V都正常;然而一旦Vcc < -0.85 V,负输入端的电压就恒定在-0.82 V了。我尝试更换了一些其他运放,如HA17358、LM2904N等,均是同样的现象。想请教大家,这是什么原因?

回帖(7)

烟台FPGA

2023-4-4 22:35:13

最佳答案

没有看明白你的目的和意义。有两个建议:1、“负输入端” --用“反相输入端”表述比较合适。2、图中,VCC与同相输入端(3脚)之间串联个电阻(1K欧姆),再试试。
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  • jf_39980709: 感谢!我后来排查知道怎么改了,见我发在下面的回答(本来想发评论,发现似乎没法贴图片,于是发了个回答)。是由于测电压时在反相输入端接的ADS1115产生了干扰效果。关于这里提到的其他现象,如果您有想法的话,也希望能告诉我,不胜感激。
  • jf_39980709: 我新发的回答时而看得到时而看不到,不知道是否是在审核中,不好意思请您等待了。
  • jf_39980709: 我新发的始终看不到,这个答案给您采纳了,新问题我再发个帖子吧。

jf_39980709

2023-4-5 23:33:55
这个问题,我今天排查之后,发现是由于在测电压的位置既接了万用表,也接了个ADS1115。本来的目的是验证ADS1115采集的电压数值对不对,结果在负电压区域起到了干扰的作用。将ADS1115去掉就一切正常了。不过虽然知道了怎么解决,但我并不清楚原理,如果大家知道的话,希望能告知我,多谢。

然后在这个电路中又遇到了几个问题,虽然现在能用,但是希望能搞明白。是关于上图下半部分的电流测量电路的,主要信息写在上图中了:
1. 这个电路的目的是施加一个交变的E(虽然图中写的是锯齿波,但是其实变化很慢,几秒钟才会变化一周),用INA219测量电路中的实时电流。最初的想法很简单,用运放将通过R7的电流i放大成iR5,再通过一个电阻,用INA219测量通过电阻的电流,预期随着E增加测量值线性变化。但结果发现,不能用电阻,反而必须用一个足够大的电感L1.否则就会呈现出下图这种极为怪异的曲线:

而如果换成330 mH的电感L1,就非常正常了。
发现这个现象的原因也比较神奇,在观察到上述怪异的曲线后,将数字电流表串联在INA219前面,希望验证INA219输出的电流到底对不对。没想到这个时候就好了!i随着E呈现很好的线性。于是我想肯定是电流表里的某些非电阻元件起了作用,试来试去发现必须有个电感。但是原理不清楚。
2. 关于R5的阻值,我碰巧一开始选了个146 Ohm,能够正常工作,但随后试着换成510 Ohm、1 kOhm等其他阻值,结果居然发现INA219测到的电流都会震荡、在很大范围内出现噪波!似乎只有146 Ohm是一个神奇的数值。这个现象跟C3存在与否以及大小没有关系,并且也不能被RC滤波器消除。
要理解以上这些现象实在超出我的能力范围,不知大家有什么想法,虚心请教。
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烟台FPGA

2023-4-6 09:50:19
这么多的表述,我还是没有看明白。“最初的想法很简单,用运放将通过R7的电流i放大成iR5,再通过一个电阻,用INA219测量通过电阻的电流”,但是你的电路图上,E信号通过R7接在U3A的输出上,怎么能再放大?另外,运算放大器的输入都要加输入电阻的,否则不稳定。
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  • jf_39980709: 实在不好意思,您提醒我才发现我把电路图画错了!实际采用的是楼下我新发的电路图。

jf_39980709

2023-4-6 10:07:07
不好意思发帖的时候不小心,把电路图画错了,以此为准:
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烟台FPGA

2023-4-6 10:39:54
U3A的输出,对地接一个1K欧姆左右的电阻,试试结果怎样?
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  • jf_39980709: 您的意思是在U3A的输出与L1之间接一个1k电阻到地吗?我今晚试一试。

烟台FPGA

2023-4-6 14:27:26
是的
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jf_39980709

2023-4-6 23:44:29
今天经过调试我明白了。R5必须是146 Ohm、否则就会振荡的现象,是由于电压源E有一定容性,从而导致了运放的不稳定。将R5改成1 kOhm,并将C3改成220 uF后,大部分噪波就被消除了;然后按照烟台FPGA老师的建议,再在运放输出端接一个电阻,噪波就完全消失了。
所需的电容大小我不会计算,是通过尝试确定的,并且似乎跟R5有一定匹配关系,不能随便更换其中之一。电路真的是博大精深,受教了。
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