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为什么高精度运放搭建的恒流源,还不如用普通运放搭建出来的参数好?

菜鸟
2010-10-20 16:55:37     打赏
采用高精度,单电源,轨对轨运放搭建恒流源,电阻采用0.1%精度,采用单电源24V供电。恒流源输入0-2V电压,输出0到20uA电流。电路图如下:
       电压输入端为“DAC_OUTC”,电流输出端为“ForceI_CH”。
       输入为0.5V时,输出为5uA,可实际测试中,负载从10K到1M调节,会输出不同的电流,输出电流在在3~4.2uA之间,这个应该是很大的误差。当负载为0时,输出为5uA。更换普通运放,LM358或者LM324,都是单电源运放,测试结果为,当输入0.5V时,负载从10K到1M调节,输出能稳定为4.9uA。为何精度低的运放,恒流的效果比精度高的运放效果还要好?
       影响恒流的精度的几个重要参数,一是输入失调电压,二是输入偏置电流,三是运放能输出的最低电压。例如5脚的偏置电流,会直接加载到负载上,影响恒流精度;当负载的电阻
十分小时,7脚的电压接近0,若运放不能输出到0V,也会影响恒流精度。
      OPA4251的主要参数如下(取最大值):失调电压0.25mV,偏置电流25nA, 电源最大电压36V,单电源运放,轨到轨。
      LM358的主要参数如下(取最大值): 失调电压5mV,,偏置电流0.2uA, 电源最大电压32V,单电源运放,非轨到轨,最低输出电压20mV.
      因为LM358最低不能输出0V,所以当负载为0欧姆是,输出的电流不为5uA, 为5.5uA ,这个误差对于应用不考虑,因为应用中负载都是几十K以上的。



关键词: 为什么     高精度     运放     搭建     恒流     还不     如用     普通    

高工
2010-10-20 20:13:40     打赏
2楼
OPA4251是轨到轨运放,是指输出端还是输入端,现在你的运放接成单电源形式,输入端电压那么小,要注意是否超出了共模输入电压的范围?

我觉得还是接成双电源的形式好一点,另外,你既然做成差分的接入形式,就应该做到应有的滤波处理,至于负载端的变化,你是怎么测量的输出电流的?

一般输出恒电流都不会0开始,有一个稳定的偏置。运放的失调和IB都是固定的,可以补偿掉,真正影响的是失调漂移和偏置电流漂移。

菜鸟
2010-10-21 10:01:28     打赏
3楼

输出是轨到轨的。0.5V的电压输入,不算小了,500mV呢。单电源供电下,共模电压范围是-0.2V到VCC-0.8V。  
要是能用双电源,我就不选这个运放了。这是一个处理直流的电路,请问为什么要滤波呢,LM358还能正常实现恒流源的功能的。
串联电流表,负载和“FORCEI_CH”端测量电流,负载是滑动变阻器。
“失调和IB都是固定的,可以补偿掉”,在这个电路中,如果要加入补偿电路,就需要引入滑动变阻器,不想每个电路板都去调试滑动变阻器来补偿,所以选用失调和IB都小的运放。


高工
2010-10-21 14:44:38     打赏
4楼
你仔细看看,单电源运放的共模电压到不了-0.2V吧,你输出端负载10k的时候,运放5脚的输入电压只有50mV,那么小的信号你还工作在临界状态,我真觉得悬?那么小的电流输出,运放的输出端的影响应该很小的,实在想不出还有什么地方会造成这种现象。。。

菜鸟
2010-10-21 15:21:51     打赏
5楼
确认了,共模电压能最小到达-0.2V。在调试的时候,负载为0欧姆时,运放输入电压就是0V了,这时恒流源正好输出5uA, 也就是说, 输入是可以达到0V的。
有人说这是因为OPA4251的速度低,而这个电路对反馈速度是有要求的,我觉得这个挺有道理。OPA4351的SR为0.01v/uS , 而LM358的SR为0.3V/uS

菜鸟
2010-10-21 16:14:17     打赏
6楼
zenme

高工
2010-10-21 16:51:56     打赏
7楼
SR代表的是交流特性,负载突变的时候或许会有影响,你不是说稳态以后还是有很大的误差么,这就奇怪了。

高工
2010-10-21 16:52:53     打赏
8楼

将帖子置顶,希望有经验的前辈能路过指点!


菜鸟
2010-10-21 21:42:50     打赏
9楼
电路在达到稳态前,必须经过动态的反馈,如果没有足够快的反馈速度,电路无法进入稳态。
后来我做了个实验,用精密的10K电位器当负载,慢慢调节负载,负载在0欧姆时,电流为5uA,当负载慢慢变大时,电流不恒定,会降低到4uA。 可是LM358,LM324就不会这样。 从这个实验,好像可以得出电路与运放的反馈速度无关。
如果跟速度没关系,那到底是怎么回事呢?

菜鸟
2010-10-22 12:09:25     打赏
10楼
之前怀疑过芯片有问题,因为测出来运放的输入偏置电流有几十个uA , 正常应该是几十个nA。 OPA4251各节点的电压如下图
流过R21的电流6.6uA,流过R23的电流30.5uA,则运放的偏置电流为23.9uA.
从另外的经销商拿货,恒流情况一样(没有测试偏置电流)。从TI申请OPA251样片测试,情况一样(没有测试偏置电流)。

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