运放电压跟随电路与放大电路并联相互影响的问题

flyriz

运放电压跟随电路与放大电路并联相互影响的问题 [复制链接]

 

大家好，如下图所示：

一个交流输入的信号，输入到一个电压跟随电路和一个放大电路的输入端，目的是根据输入信号的幅度来通过光耦进行选择，现在出现的问题是：当输入信号的频率比较低、幅度比较大时（比如4.4V，4HZ），光耦选择的是下面那一路电压跟随电路，这时候C129右端的信号会出现异常，这时如果：
1、把C129短路，信号正常；
2、把R87断开或者把R85改成3K，信号正常；
3、把输入信号调小，比如从4.4V调到1V，信号正常
4、把输入信号的频率调大，比如从4HZ调到20HZ，信号正常
以上任一种情况，信号都会恢复正常。正常和异常的信号见下面的图片：

请教一下大家，这是什么原因造成的?

@gmchen 陈老师，麻烦您也看看？

flyriz

这个现象仿真也能复原。

maychang

猜测图中C129损坏。换一个试试看。

flyriz

maychang 发表于 2020-4-24 08:27 猜测图中C129损坏。换一个试试看。

没有损坏，因为仿真也是这个现象。

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 08:22 这个现象仿真也能复原。

先前考虑过D20两个方向不对称的可能。但仿真时去掉了D20，仍然有这种现像，那就排除了这种可能。

maychang

“把输入信号调小，比如从4.4V调到1V，信号正常”

输入为1V，上面运放没有进入饱和(增益10倍)，但输入信号幅度更大则上面运放进入饱和。波形失真可能与上面运放饱和有关。

但这个理由不能解释 “把输入信号的频率调大，比如从4HZ调到20HZ，信号正常”。

flyriz

maychang 发表于 2020-4-24 12:11 “把输入信号调小，比如从4.4V调到1V，信号正常” 输入为1V，上面运放没有进入饱和(增益10倍) ...

是的，还有这个现象也不能解释：

1、把C129短路，信号正常；

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 12:43 是的，还有这个现象也不能解释： 1、把C129短路，信号正常；

“把C129短路，信号正常” 这个倒是可以解释。运放进入饱和，使得运放同相输入端不再是输入电阻非常非常大状态，在信号的一个周期的部分时间内同相输入端有电流。如果信号串联了C129，那么 “一个周期的部分时间内” 的同相输入端电流会使C129充电放电。但若没有C129(短路)，这些电流将完全被信号源吸收或提供。

flyriz

对比了上面提到的5个现象，觉得合理的解释是：在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根据串联负反馈放大电路的输入电阻表达式：（1+AF）Ri，此时的电路输入阻抗会降低为运放本身的输入阻抗Ri。OP2177在官方的资料中确实没有提供输入阻抗的参数，我估计不会很高，所以都不好意思写出来。一般Bipolar-input运放的输入阻抗也就几十到几百kΩ。所以此时电路的输入阻抗急剧降到了百kΩ级甚至更低的水平，2.2uF的电容在4HZ时的阻抗为18kΩ，所以输入的波形失真了。这样一来下面这5个现象就合理了。
1、把C129短路，信号正常；
    短路后电阻一直为0，信号不会再受影响。
2、把R87断开或者把R85改成3K，信号正常；
    放大倍数变小，电路没有进入深度饱和。
3、把输入信号调小，比如从4.4V调到1V，信号正常
    输入信号变小，电路没有进入深度饱和。
4、把输入信号的频率调大，比如从4HZ调到20HZ，信号正常
    频率变大后，电容的阻抗降低。
5、更换运放，换成OPA2134
    OPA2134为FET-Input，输入阻抗可视为无穷大。
不知大家还有没有其他的看法。

@maychang

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 15:54 对比了上面提到的5个现象，觉得合理的解释是：在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根 ...

在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根据串联负反馈放大电路的输入电阻表达式：（1+AF）Ri，此时的电路输入阻抗会降低为运放本身的输入阻抗Ri。

 

我觉得是线性工作状态(未进入饱和)，运放两个输入端之间电压极小，几近于零(虚短)。但运放进入饱和后，两个输入端之间电压增加，此时的输入阻抗与未饱和时显然并不相同。

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 15:54 对比了上面提到的5个现象，觉得合理的解释是：在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根 ...

换成OPA2134后，两个输入管是FET，两个输入端之间电压不为零(例如0.5V)时，两个输入端之间的电阻当然与双极型管不一样。

JFET，在两个输入端之间电压更大(例如2V)时，肯定与两个输入端之间电压接近于零不一样，也会变化的。

埋土书生

你这是供电问题吧，我这仿真频率降到1hz电压加到9v都没问题

埋土书生

埋土书生 发表于 2020-4-25 13:07 你这是供电问题吧，我这仿真频率降到1hz电压加到9v都没问题

如果不是电源那可能是上面的2177饱和了，运放输入特性发生了改变，输入端偏置电流增大导致的，可以考虑减小输入到地电阻到10k试试，或者选择mosfet输入型的器件

埋土书生

或者可以考虑把模拟开关加到前面，大信号选择跟随器，小信号选择10倍放大器

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 15:54 对比了上面提到的5个现象，觉得合理的解释是：在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根 ...

换用OPA2134后，这个问题算是解决了。

不过，此电路从一开始的方案，还可以有其它考虑。

此电路目的是信号幅度小的时候放大10倍，信号幅度大的时候不进行放大。使用两个运放分别实现放大10倍和不放大，用光耦选择两个运放的输出。

如果控制一个放大器的增益，输入信号幅度较大时不放大，信号幅度小时进行10倍放大，那只要一个运放即可。可变增益放大器，甚至程控可变增益放大器，市场上很多。即使是使用普通的运放，输入信号使用模拟开关选择衰减到1/10和不衰减，然后进行放大，同样可以实现增益的控制。这样就不必使用光耦，也只需要一个运放就够了。

maychang

flyriz 发表于 2020-4-24 15:54 对比了上面提到的5个现象，觉得合理的解释是：在深度饱和状态，运放形成不了负反馈，反馈系数F基本为0，根 ...

某些运放两个输入端之间反并联两个二极管(实际上是两个集电极和基极短路的三极管)，例如NE5532，见下图。这样反并联的两个二极管，在运放两个输入端之间电压很小(例如几个mV)情况下，电阻非常大(线性工作状态)，但在两个输入端之间电压稍大时电阻急剧减小(饱和工作状态)。

OP1117说明书中未见电路框图。如果OP1117输入端也是这样，那么运放进入饱和状态后输入波形变形就容易得到解释。