Дифференциальный усилитель на ОУ

[flaber]

Здравствуйте!

Столкнулся с проблемой и не могу решить. Прошу помощи.

Проектирую ШИМ контроллер с датчиком температуры и столкнулся с проблемой.
На входе у меня измерительный мост подключенный к дифференциальному усилителю на ОУ. Питание ОУ одно полярное 5В.

Проблема заключается в том, что при отсутствии датчика, или при сопротивлении датчика больше 2кОм (это сопротивление резистора во втором плече моста ) на выходе ОУ присутствует положительное напряжение = 0,6В. Хотя если считать по формуле для диф. усилителя на ОУ должен быть ноль, точнее по формуле получается отрицательное напряжение, но так как питание одноиполярное то должен быть 0.

Смоделировал схемку в простеньком симуляторе и там все отлично. Но у меня на плате получаю 0.6В.
При этом всем если сопротивление датчика будет 2кОм - те мост сбалансирован - разница напряжений на входах усилителя нулевая то и на выходе 0 как и должно быть.

Все номиналы и напряжения измеренные на плате указал на картинке. Там же пример расчета по формуле.

Вот скриншот из симулятора так же с напряжениями, в нем все как должно быть в теории. Подскажите, что я не учел.

Вложения

схема в симуляторе.png

(12.6 KiB) Скачиваний: 463

схема с напряжениями.png

(74.04 KiB) Скачиваний: 674

[mickbell]

Что вы делаете с другим ОУ, что имеется в этом же корпусе? Не оставили ноги, случаем, просто висеть? Так не годится, надо входы неиспользованного ОУ подключать: один к плюсу питания, другой к минусу (общему в данном случае). Или можно сделать на нём повторитель, подав на вход хотя бы тот же общий провод.

[flaber]

На втором ОУ собран еще один диф. усилитель, но уже без моста. Схему с обоими ОУ приложил.
Попробовал сейчас входы второго диф. усилителя присоединить к массе - ничего не изменилось.

Вложения

полная схема.png

(36.24 KiB) Скачиваний: 592

[mickbell]

А что в нагрузке первого опера?

Добавлено after 1 minute 3 seconds:
Кстати, не вижу блокировочного конденсатора по питанию.

[flaber]

Оба опера нагружены на входы АЦП в качестве которого stm32f030.

Кондера в непосредственной близости к ОУ и правда нету ( Кондеры на выходе БП ( керамика и электролит) стоят на плате в сантиметре от ОУ.
Только, что попробовал подкинуть керамику на ноги ОУ - ничего не поменялось.


Пробовал кстати подтягивать к земле резистором 1кОм выходы ОУ, напряжение проседает где-то на 0,05В те до 0,55В и все.

[mickbell]

Отключите выход и проверьте с отключенным. Керамика на какую ёмкость?

[sstvov]

При однополярном питании нуля у вас не будет на выходе, нужен другой операционник у которого выход Rail-to-rail

[mickbell]

Этот умеет выдавать уровень нижнего рельса, выход нуля типично 5 мВ, максимум 100 мВ.

[flaber]

mickbell писал(а):

Отключите выход и проверьте с отключенным. Керамика на какую ёмкость?

Снял МК с платы. Все по прежнему. Но вот что заметил: Пока плата была горячая после фена напряжение на выходе ОУ было 0,55В и постепенно поднималось, прям подуешь на плату и сразу плюс пару милливольт. В итоге дошло до тех же 0,6В как и было с МК.

При одно полярном питании нуля у вас не будет на выходе, нужен другой операционник у которого выход Rail-to-rail

ся (
Согласен нуля не будет, но близкое к нулую должно быть.
Например на втором ОУ (тот же чип) на котором также собран диф. усилитель но нету моста на входе. На выходе имеет 3 мВ, что в полностью укладывается в мои задачи.
Кроме того, на проблемном ОУ если сбалансировать мост на выходе так же получается несколько милливольт что так же устраивает меня целиком и полностью. Те дело тут не в том что ОУ не Rail-to-rail.

Приложил фото платы на всякий. Я ж уже и платы заказал, а тут такое (

Вложения

X8OUNgklAyA_2.jpg

(173.07 KiB) Скачиваний: 563

[mickbell]

Попробуйте поменять микросхему - возможно, она просто дохлая. По смехотехнике кроме отсутствия блокировочного конденсатора претензий нет, должно работать.

[flaber]

Поменял чип на новый. Причем с другой партии, предыдущий был с али этот с чип дипа и маркировка разная. Но поведение точно такое же. ((( те же 0,6В на выходе

[АлександрЛ]

А что, вы всерьёз считаете, что падение напряжения на открытом транзисторе выходного каскада ОУ должно быть "нулём"?
Даташит на ваш Оу посмотрите..

[sstvov]

Кажется я понял в чем дело, его напряжение на входе не устраивает, было бы чуть чуть поменьше и он заработал бы нормально.

[flaber]

Даташит смотрю. Видимо не вижу куда смотреть ( Подскажите!?

И если дело в самом ОУ, то почему на втором ОУ того же чипа на выходе несколько милливольт, и если сбалансировать мост на выходе тоже несколько милливольт. Подскажите если знаете.

Добавлено after 1 minute 9 seconds:

sstvov писал(а):

Кажется я понял в чем дело, его напряжение на входе не устраивает, было бы чуть чуть поменьше и он заработал бы нормально.

Это интересно! Спасибо! Пойду почитаю про этот параметр.

[sstvov]

Это диапазон входных напряжений он может быть от -1,5 по отношению к минусу питания до -2 по отношению к плюсу. У вас как раз на 2 вольта меньше +питания, но видимо всё равно не хватает для нормальной работы.

[mickbell]

АлександрЛ писал(а):

А что, вы всерьёз считаете, что падение напряжения на открытом транзисторе выходного каскада ОУ должно быть "нулём"?
Даташит на ваш Оу посмотрите..

Я смотрел. Типично 5 мВ, максимум 100 мВ. Не 600 мВ всяко.

flaber писал(а):

Поменял чип на новый. Причем с другой партии, предыдущий был с али этот с чип дипа и маркировка разная. Но поведение точно такое же. ((( те же 0,6В на выходе

Покажите разводку печатной платы. Не фото. Может быть, ошибка есть.

[El-Eng]

...на выходе ОУ присутствует положительное напряжение = 0,6В.

Хм, у этого ОУ (и ему подобных) есть такая засада.
Посчитаем ток, втекающий в выход ОУ, прямо по картинке. (3-0.6)/12=0.2мА=200мкА. Теперь смотрим на Fig.11, стр.10 даташита. Для втекающего тока 200мкА, при нуле на выходе, выходное напряжение равно 0.6В, что и имеем.
Как бороться: уменьшить ток, втекающий в ОУ увеличением номиналов резисторов, уменьшением напряжения на инвертирующем входе, отбором тока резистором нагрузки: 1К на землю уменьшит выходное напряжение до уровня порядка 0.1В, если есть где-то минус, то лучше подключить порядка 10К от выхода к нему, это решит все проблемы.

[mickbell]

Хмм. Какой, оказывается, дохленький у него выход при втекающем токе...

Последний раз редактировалось mickbell Ср мар 13, 2019 20:24:32, всего редактировалось 1 раз.

[El-Eng]

Это особенность биполярной технологии. Эмиттерный повторитель на pnp транзисторе при втекающем токе не может выдать напряжение, меньшее, чем напряжение отрицательного питания плюс напряжение на переходе база-эмиттер. Для меньшего выходного напряжения в этом ОУ установлен дополнительный источник тока 50мкА. Для больших по величине токов выходное напряжение повышается до 0.6В и далее.
Но вот при вытекающем токе (при нуле на выходе) все существенно лучше.

[flaber]

Доброй ночи!

Огромное спасибо всем кто откликнулся. Проблема действительно заключалась в слишком большом входном токе как и говорил El-Eng. Замена резисторов на большие номиналы привила к снижению выходного напряжения при нуле до 0,4В, что тоже много. Плюс добавил резистор между выходом ОУ и массой и напряжение на выходе упало до 80мВ, что меня вполне устраивает. Плюс добавил дополнительный кондер по питанию.
Еще раз большое спасибо!
Переделанную схему прилагаю, может кому то пригодиться.


Что касается диапазона входных напряжений: Если я правильно понял данный параметр показывает максимальное общее напряжение (common voltage) которое считается как (V1 + V2)/2. В моем случае было (1,5+4)/2 = 2,75 что меньше чем заявленное в даташиете Vcc-2 = 3В в моем случае. Поэтому дело не в нем. В любом случае полезно было и в этом параметре разобраться )

Вложения

дифференциальный усилитель с измерительным мостом..png

(45.61 KiB) Скачиваний: 586