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凡亿专栏 | 群友的问题 | 运放共模电压超范围导致运放输出异常
群友的问题 | 运放共模电压超范围导致运放输出异常

我们比较常见的是Sink类型的电流源,支持灌电流,负载RL与电流源电路板不共地,这是一个明显的特征。例如下图就是一个典型的Sink类型的电流源(下图取自LT1492的数据手册):7b4998a2baf3d045c1b8c067501ad6.jpg

本次群友提问的电路图如下,可以看到是一个Source类型的恒流源电路(可以看到其实也就是在上图Sink电流源的基础上做了一级转化,变为了Source类型的恒流源),这种电流源的好处是,负载RL可以与电流源控制板共地,电路图如下所示:dbeb60da857a1fd30de4592ed3c6c8.jpg问题描述:DAC输出电压为2.5V,前级的运放U20.1可以保证虚短和虚断,可以看到R71上电压即为2.5V,R74两端电压为0.25V,也是正常,说明前级Sink的恒流源是正常运行。
但是到了第二级如果正常运行的话,R75两端电压应该等于R74两端电压,应该等于0.25V。然而通过测量可以看出R75两端电压为0.6V,此时负载电流为60mA,与理论计算的25mA并不相符,U20.2不满足虚短。71de3ee048b2338df97388f1b02883.jpg问题分析:根据上图中,可知如果电路正常运行,则此时运放U20.2的共模输入电压是11.75V((Vp Vn)/2),即电压如下所示,负载电流为25mA。849a880f3d9f357943df1be4b4e07c.jpg但是由于使用的运放为LM358,我们可以从LM358的数据手册中得知,LM358的共模输入范围是有要求的,在常温25℃,3~36V供电的条件下,最大共模输入范围最大为VCC-1.5V,即在刚才12V供电的条件下,最大支持共模电压为10.5V(12-1.5)。而刚才的电路图如果要正常工作,则需要11.75V的最大共模输入电压,所以由于共模电压输入范围的限制,导致运放U20.2不能满足虚短的特性,即最终导致输出异常。2727f0e899abeae6b7eb14feafdc27.jpg解决方案:1.增加R74和R75,将R74增加到10K,R75增加到100欧姆。群友按照这种方法验证可得DAC==2.5V的条件下,U20.2的共模电压为9.5V,满足共模电压范围,负载电流可以为25mA,运放正常工作。不过还是要注意共模输入范围的问题(例如dac输出为1V,就会出问题),这种方法相当于治标不治本。在这种方法下的节点电压如下所示:
dfa95d45a669c6eb95bb9a10ec0f36.jpg2.增加一颗稳压管,让稳压管吃掉一部分电压,例如增加一个1N4728,让他吃掉3.3V的压降,这样可以保证共模电压小于8.7V,保证共模电压是在LM358的共模输入电压范围内。240cdbc1ab43f01fce59710d6e75de.jpged44a1c875137a20e7146ee92742d7.jpg3.更换共模输入范围大的运放,例如OPA2192,可以看到其共模输入范围很大,是可以满足共模输入范围要求的。c746357bcc9edfb079631b8fdfdbbe.jpg4.使用电阻分压,降低运放的共模输入电压。不过这种方法不是很建议,因为R79会分走一部分R78检流电阻的电流,会对负载电流造成一定的误差影响。2374553f6ba1454f23a7b411c6c5e1.jpg5.最后一点,建议去掉电容C32,并且调小一点点C33。C32这种直连反相输入端的电容是很危险的,很容易会震荡。

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