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Howland恒流源负载较大时电流会衰减 [复制链接]

 
本帖最后由 1nnocent 于 2021-3-19 16:20 编辑

前两天使用功放芯片制作了一个Howland结构的交直流恒流源电路,在测试时遇到了问题:

测试条件:输入1KHz正弦波信号,输出电流100mApp,有效值大概为0.0353A;

测试时改变负载大小(不断增大),输出负载从零开始到150Ω负载逐渐增大,输出串接电流表并测试输出电流大小,

负载较小时,输出电流很准确都在0.0353A左右,但是增大到150Ω负载时电流值衰减到了0.028A有效值,

负载越大衰减越多(经过测试该问题不是由输出电压限制引起的)。这个现象是怎么回事?和运放的增益带宽积是类似的原理吗?

使用的电路如下图(忽视图中使用的芯片,图是在其他芯片数据手册截取的)

image.png

此帖出自模拟电子论坛

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maychang 发表于 2021-3-19 17:08 电流峰峰值和有效值问题解决了。那么 『和运放的增益带宽积是类似的原理吗?』 从输入信号为1kHz看 ...

如果负载增大表示增大了放大倍数(这里只是假设),那么这样的话带宽就会减小;

我在增大负载的时候1KHz频率不变,那这样的话就有可能是因为负载增大到150Ω时带宽已经小于1KHz了,而这时频率还是在1KHz,幅度就会衰减下来(这么分析不知是否合理)。

点评

运放的闭环放大倍数是由负反馈网络确定的,在这个电路中,负反馈网络不会随着负载的变化而变化。 负载加大后,运放的输出随之加大,如果深度负反馈仍然成立,那么运放同相端的信号幅度也同步增加,所以增益不变。  详情 回复 发表于 2021-3-20 08:28

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1nnocent 发表于 2021-3-19 18:52 如果负载增大表示增大了放大倍数(这里只是假设),那么这样的话带宽就会减小; 我在增大负载的时候1K ...

运放的闭环放大倍数是由负反馈网络确定的,在这个电路中,负反馈网络不会随着负载的变化而变化。

负载加大后,运放的输出随之加大,如果深度负反馈仍然成立,那么运放同相端的信号幅度也同步增加,所以增益不变。变化的是流过电阻R4和R5的电流的比值——流过R4的电流减小而流过R5的电流加大。

尤其你的信号频率只有1k,由于运放的增益带宽积(OPA547的GBW=1M)引起问题的可能不大。你可以将你的电路中所有参数贴上来,让大家帮助分析一下。


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建议LZ用直流电压加到输入端作一个测试,那样可以排除是不是运放的频响限制问题。

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厉害,我测过不同负载大小时的带宽,结论是负载越大单宽是越小的,直流的到时候可以再试试  详情 回复 发表于 2021-3-21 15:31
好主意!   用直流电压测量电流与负载的关系。 多测几个点,尤其是开始变小的点附近。  详情 回复 发表于 2021-3-21 09:47

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gmchen 发表于 2021-3-21 08:29 建议LZ用直流电压加到输入端作一个测试,那样可以排除是不是运放的频响限制问题。

好主意!

 

用直流电压测量电流与负载的关系。

多测几个点,尤其是开始变小的点附近。

点评

是的,在开始变化的附近多测几个点,而且要测不同的位置,包括运放输出电压、运放两个输入端的电压,容易判断问题的根源。  详情 回复 发表于 2021-3-21 12:00

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gmchen 发表于 2021-3-21 08:29 建议LZ用直流电压加到输入端作一个测试,那样可以排除是不是运放的频响限制问题。

厉害,我测过不同负载大小时的带宽,结论是负载越大单宽是越小的,直流的到时候可以再试试

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希望能够将测试结果发上来。  详情 回复 发表于 2021-3-22 08:47

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gmchen 发表于 2021-3-22 08:47 希望能够将测试结果发上来。

最近事情比较多,大家期待的测试结果来啦

最开始的测试条件不是很合适,就改了一下,

正弦波的频率改为了5KHz,150Ω负载电流衰减到0.032mA有效值,

直流是没问题的,理论输出直流100mA,实际输出99mA,

现象和我之前测的不同负载时带宽不一样是吻合的,

所以基本可以断定是频响限制的问题。

就是不知道这个增益带宽积与这个现象具体是一个什么关系

(因为是V-I变换所以不知道具体的放大倍数)。

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将首楼的结果与这次的结果合并整理如下: 直流,负载变到150欧,输出从100mA变到99mA,可认为不变(39楼的结果) 1kHz,负载变到150欧,输出有效值从35.3mA下降到28mA(1楼的结果) 5kHz,负载变到150欧,  详情 回复 发表于 2021-3-23 16:12

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玩板看这里:

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本帖最后由 maychang 于 2021-3-19 14:15 编辑

『输入1KHz正弦波信号,输出电流100mApp,有效值大概为0.353mA』

不对呀!100mA峰峰值,有效值怎么会是0.353mA?

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0.0353mA码字的时候漏了  详情 回复 发表于 2021-3-19 14:52

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maychang 发表于 2021-3-19 14:13 『输入1KHz正弦波信号,输出电流100mApp,有效值大概为0.353mA』 不对呀!100mA峰峰值,有效值怎么会是0 ...

0.0353mA码字的时候漏了

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『0.0353mA码字的时候漏了』 那就更不对了。 前面说过:“输入1KHz正弦波信号”。既然是正弦波,峰峰值和有效值的关系是完全确定的。峰峰值是有效值的2.828倍。  详情 回复 发表于 2021-3-19 15:51

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峰值100mA,有效值0.0353mA更不可思议了,好好查电路和测量方法。

关于负载的大小,楼主概念也不对。负载的大小是对驱动源而言的,显然负载阻抗越小则负担越重,意味这更大的负载。楼主所言为负载的阻抗,但负载在没有驱动源时,不能称之为负载,负载仅对驱动源才有大小的意义。

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对于普通的功放而言,阻抗越小负载越重,这个我知道,但是对于恒流源还是这样的吗? 我实际测量的时候就是负载电阻变大之后电流的衰减量就增大了    详情 回复 发表于 2021-3-19 16:14
是峰峰值,不是峰值  详情 回复 发表于 2021-3-19 16:11
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1nnocent 发表于 2021-3-19 14:52 0.0353mA码字的时候漏了

『0.0353mA码字的时候漏了』

那就更不对了。

前面说过:“输入1KHz正弦波信号”。既然是正弦波,峰峰值和有效值的关系是完全确定的。峰峰值是有效值的2.828倍。

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不好意思,是0.0353A之前单位搞错了  详情 回复 发表于 2021-3-19 16:32
0.1App/2根号2  不就是0.0353mA有效值吗?  详情 回复 发表于 2021-3-19 16:10

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maychang 发表于 2021-3-19 15:51 『0.0353mA码字的时候漏了』 那就更不对了。 前面说过:“输入1KHz正弦波信号”。既然是 ...

0.1App/2根号2  不就是0.0353mA有效值吗?


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chunyang 发表于 2021-3-19 15:23 峰值100mA,有效值0.0353mA更不可思议了,好好查电路和测量方法。 关于负载的大小,楼主概念也不对。负 ...

是峰峰值,不是峰值

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笔误,不影响结论。  详情 回复 发表于 2021-3-19 16:14

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chunyang 发表于 2021-3-19 15:23 峰值100mA,有效值0.0353mA更不可思议了,好好查电路和测量方法。 关于负载的大小,楼主概念也不对。负 ...

对于普通的功放而言,阻抗越小负载越重,这个我知道,但是对于恒流源还是这样的吗?

我实际测量的时候就是负载电阻变大之后电流的衰减量就增大了

 

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哦,忘了是恒流源驱动,恒流驱动下,负载阻抗越高则恒流源的输出功率越大。  详情 回复 发表于 2021-3-19 17:27

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1nnocent 发表于 2021-3-19 16:11 是峰峰值,不是峰值

笔误,不影响结论。

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是0.0353A,单位搞错了  详情 回复 发表于 2021-3-19 16:19
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chunyang 发表于 2021-3-19 16:14 笔误,不影响结论。

是0.0353A,单位搞错了


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maychang 发表于 2021-3-19 15:51 『0.0353mA码字的时候漏了』 那就更不对了。 前面说过:“输入1KHz正弦波信号”。既然是 ...

不好意思,是0.0353A之前单位搞错了

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楼主应该说清楚:使用什么型号的功率运放,正负电源电压是多少。  详情 回复 发表于 2021-3-19 18:04
电流峰峰值和有效值问题解决了。那么 『和运放的增益带宽积是类似的原理吗?』 从输入信号为1kHz看,不大可能是受到运放增益带宽积限制导致输出幅度下降。  详情 回复 发表于 2021-3-19 17:08

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1nnocent 发表于 2021-3-19 16:32 不好意思,是0.0353A之前单位搞错了

电流峰峰值和有效值问题解决了。那么

『和运放的增益带宽积是类似的原理吗?』

从输入信号为1kHz看,不大可能是受到运放增益带宽积限制导致输出幅度下降。

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如果负载增大表示增大了放大倍数(这里只是假设),那么这样的话带宽就会减小; 我在增大负载的时候1KHz频率不变,那这样的话就有可能是因为负载增大到150Ω时带宽已经小于1KHz了,而这时频率还是在1KHz,幅  详情 回复 发表于 2021-3-19 18:52

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负载阻抗升高,欲维持电流不变,就需要提高负载两端的电压。如果运放不能输出足够高的电压自然就不能维持电流,必然表现出电流下降的现象,实为输出电压无法提升导致。可楼主又说不是输出电压无法提升(可查手册确认),那就只能说反馈电阻的取值有问题了。先确认是否为输出饱和。

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因为示波器观察波形没有出现失真,增大输入信号幅值输出幅值也还能再增大,所以不是输出电压限制的  详情 回复 发表于 2021-3-19 18:45
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1nnocent 发表于 2021-3-19 16:14 对于普通的功放而言,阻抗越小负载越重,这个我知道,但是对于恒流源还是这样的吗? 我实际测量的时候 ...

哦,忘了是恒流源驱动,恒流驱动下,负载阻抗越高则恒流源的输出功率越大。

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1nnocent 发表于 2021-3-19 16:32 不好意思,是0.0353A之前单位搞错了

楼主应该说清楚:使用什么型号的功率运放,正负电源电压是多少。

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OPA547 ±30V供电  详情 回复 发表于 2021-3-19 18:41

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    输入电压高达100V,应该分压输入,然后设计差分增益1,不然在负载电阻较大时,改变的电压加到运放+端与输入信号叠加时波形失真造成误差。


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纯净的硅(初级)

这个技术文件里霍兰德电流源的误差,负载关系说的很清楚

a-large-current-source-with-high-accuracy-and-fast-settling_cn.pdf

1.16 MB, 下载次数: 10

霍兰德电流源分析


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纯净的硅(初级)

最简单的办法是在运放+端加接地电容,作为缓冲。

image.png

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请问此处电容是如何起作用的呢?  详情 回复 发表于 2021-3-19 22:30

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maychang 发表于 2021-3-19 18:04 楼主应该说清楚:使用什么型号的功率运放,正负电源电压是多少。

OPA547 ±30V供电

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电源电压用到±30V,运放输出摆幅不够导致输出电流下降的可能性很小很小。 那么我再问一句:此电路在测试之前,经过校准了么?  详情 回复 发表于 2021-3-19 18:52

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