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张杰

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[问答]

用OPA549高压大电流运放搭了一个简易测试源模块,带载后电流波形畸变是为什么?


  • 利用OPA549 高压大电流运放搭了一个简易测试源模块,参照DATASHEET中的FIGURE14,略作调整,得到测试模块如图1所示;
    目的:可出直流,10Hz交流,1KHz 交流,
    直流与10Hz交流电流较小,峰值范围:60mA~2A
                  1KHz电流要求较大,峰值范围:60mA~10A

    模块接线: 图1中电阻实际为两个功率型0.75Ω/25W铝壳电阻(手头无0.1Ω功率电阻
                             OPA549接±9V/12A电源
                             信号发生器接VIN,输出Vo接地;
                             待测设备有一互感器穿芯通过回路(如图1中C处所示)
                             穿芯互感器用电桥测得1KHz条件下电感L=276µH

                                                             图1
    OPA549的DATASHEET首页贴图如图2所示。
                                             
    图2
    测试结果:
            OPA549输出电压正常(图1中A处),而图1中B处电流波形受C处穿芯互感器感性影响发生畸变;
    波形如图3所示:蓝色曲线为A点电压波形,黄色曲线为B点电流波形。

                                                             图3

    问题(1):如何让输出电流不受负载感性响应?
    OPA549 的DATASHEET中给出了一种RC补偿网络,如图4所示。

                                                                图4
    按照该电路结构,末端阻抗为:Z = (R+1/jwc)//jwL,通过配方消除表达式Z的虚部,可只剩下实部,理论上表现为纯阻性。但实测无明显改善效果。

    问题(2):电流源结构能否解决电流波形畸变现象?
    有同学建议将电压输出改为恒流源设计,后级采用功放输出。
    但一般功放IC频响范围都在20Hz~20KHz之间,直流和10Hz的输出应该满足不了要求。
    恒流电源设计这块知识不懂。但在网上找到了两个howland电流源模块,可以进行压电转换,如图5所示。

                                                                   图5


    左图中Vin/R2等于输出电流I
    右图为一种改进型howland电流源模块,其目的是通过选择电阻以最大程度减少接地负载电流源误差;看文章内容输出电流好像一般都是mA级的。


    想知道这种howland运放结构的电流源输出能力能有多大?

    是否跟运放输出能力有主要关系?

    OPA549采用这种结构能输出大电流吗?

    请诸位赐教。(先不要求精度了,能保证电流波形不畸变就OK)

回帖(1)

康大争

2024-9-3 18:16:38
电流波形畸变的原因可能有以下几点:

1. 功率电阻选择不当:在您的测试模块中,您使用了两个0.75Ω/25W铝壳电阻。这些电阻可能无法承受较大的电流,导致电流波形畸变。您可以尝试使用更低阻值的功率电阻,例如0.1Ω功率电阻,以减小电阻上的电压降和热损耗。

2. 电源电压不足:OPA549运放需要足够的电源电压来驱动较大的电流。在您的测试模块中,您使用了±9V/12A的电源。如果电源电压不足以支持所需的电流,可能会导致电流波形畸变。您可以尝试使用更高电压的电源,例如±15V或±18V,以提供足够的电压来驱动较大的电流。

3. 运放输出电流限制:OPA549运放的输出电流能力有限,最大输出电流为3A。在您的测试模块中,1KHz电流峰值范围为60mA~10A,这可能超出了运放的输出电流能力。您可以尝试使用具有更高输出电流能力的运放,例如OPA547或OPA548。

4. 电路设计问题:在您的测试模块中,可能存在一些电路设计问题,导致电流波形畸变。请仔细检查电路设计,确保所有组件都正确连接,并且没有短路或开路现象。

5. 负载特性:负载的特性也可能影响电流波形。如果负载具有非线性特性,可能会导致电流波形畸变。您可以尝试使用具有线性特性的负载,或者在负载与测试模块之间添加一个线性化电路。

为了解决电流波形畸变的问题,您可以尝试以下方法:

1. 更换功率电阻:使用更低阻值的功率电阻,例如0.1Ω功率电阻,以减小电阻上的电压降和热损耗。

2. 更换电源:使用更高电压的电源,例如±15V或±18V,以提供足够的电压来驱动较大的电流。

3. 更换运放:使用具有更高输出电流能力的运放,例如OPA547或OPA548。

4. 检查电路设计:仔细检查电路设计,确保所有组件都正确连接,并且没有短路或开路现象。

5. 调整负载特性:使用具有线性特性的负载,或者在负载与测试模块之间添加一个线性化电路。
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