[参考译文] LF353：跨阻电路设计

Alvaro、

1. 一个潜在的问题是运算放大器的输出电流限制和运算放大器的功率耗散。
   1. 绝大多数运算放大器都具有内部电流限制。  LF353 具有内部电流限制（称为短路限制）、但未指定该值。  此器件的规格是有限的、因为它是一款非常旧的器件（1987 年推出）。  短路限值 (ISC) 在不同器件型号之间可能有很大不同。  对于 LF353 等典型器件、ISC 的范围可以是 10mA 到 40mA。  此外、该值会随温度而变化。  通常、您不希望使用运算放大器将电流驱动到接近短路限值的位置。  内置该限制是为了保护器件免受损坏。  功率运算放大器可能具有更高的短路限值。  我认为您可能接近或超过 LF353 的短路限制。  尽管功率运算放大器或具有高额定 ISC 的运算放大器适合您的应用、但我认为有一种更好的方法（稍后详述）。
   2. 相对于此类运算放大器的预期功耗、运算放大器的功耗将非常高。  这就是放大器过热的原因。  在 电源电压为±12V 且电流为 30mA 的情况下、输出电压为 30mA * 120Ω= 3.6V。  在电源为 12V 的情况下、内部上拉晶体管上的电压为 12V 至 3.6V = 8.4V。  这将产生 30mA = 252mW 的功率耗散。  要计算 您需要 θ JA 的自热  对于此器件、THETA-JA = 106.6C/W。  这相当于 106.6C/W*252mW = 27°C。  这意味着、如果环境温度为 25°C、则芯片温度将为 27°C+25°C = 52°C。  这实际上是惊人的低,我怀疑它实际上会在更高的温度。  在任何情况下、都会有一些显著的自发热。
2. 另一个潜在的问题是稳定性。  示波器波形中非常大的过冲使我认为这是一个问题。 由于运算放大器输出端的容性负载或反相输入端的电容、可能会出现稳定性问题。  如果您的电流源输入具有较大的电容、则与输入电容串联的 10nF 反馈可能会构成容性负载。  您的电极有模型吗？
3. 大多数跨阻放大器会放大非常低的电流电平（例如光电二极管产生的皮安）。  运算放大器跨阻放大器非常适合放大这些低电平信号。  当电流电平大得多时、使用差分放大器方法或仪表放大器方法。  此类设计使用分流电阻器将电流转换为电压。  在这种情况下、分流器可以是您的 120 欧姆电阻器、但您可以使用较小的电阻器来降低功率耗散。  该设计保持电阻器中的所有功耗、因此运算放大器不会发热。  下面是一些示例、说明如何做到这一点。
   1. “低侧分流器“是最简单的电路。  由于接地电阻和电感、这将产生一些误差。  分流电阻越小、误差就越大。  对于 50 欧姆分流器或 120 欧姆分流器、此误差将非常小。
   2. “差分放大器“通常比低侧分流器更精确、因为它可以感应分流电阻器的两侧。  不过、我不确定该电路会好得多、因为分流电阻器会相对较大。  该电路确实具有负载效应、因为输入电阻网络为电流提供了一条流动路径。  您可以增大这些电阻器的阻值、以减小这种误差。  当分流电阻器与反馈网络的比较较小时、误差将很小。
   3. 仪表放大器具有高输入阻抗。  通常、这将是最精确的解决方案。  但是、可以确保不会超出共模范围。  通常、这会是一种更昂贵的解决方案。
   4. 我认为、根据您对 LF353 的初始选择、您可能应该选择低侧分流器。
4. 除了上面列出的问题外、我还希望找到一款现代放大器。  如果您愿意、可以将 LF353 用于低侧显示器、 但有许多低成本的新器件具有比 LF353 更好的规格。  

希望这有所帮助。

艺术

Alvaro、

感谢您的更新。  我认为当您过渡到三个电路之一时、您的电路会很好。  如果您还有其他问题、请告诉我。

艺术

Alvaro、

当我听到机械振动导致电气干扰时,首先想到的是“微音“。   这是由 机械振动引起的电容变化。  电容变化通常会转化为电信号（请参阅下面的链接）。  与 微音有关的是 摩擦电效应。  这种影响通常发生在长电缆上、在长电缆上发生凸点或振动会导致电气瞬变。  在本例中、您提到已向试验电路板添加去耦电容器以尝试改进电路。  我们将去耦视为运算放大器电路必不可少的部分。  如果没有去耦、放大器可能会出现各种各样的问题。  我认为您的问题可能只是与试验电路板的非理想因素有关、而不是像微晶电子这样的事情。  此电路非常标准、信号电平 相当 大。  我想您不太可能在中看到将元件焊接到 PCB 上的问题。  

我想重复一遍大家应该真正考虑现代运算放大器而不是 LF353 的建议。  如果您因为成本或者因为 LF353 是贵公司批准的器件而想使用它、我建议使用 SOIC 封装。  可能您使用的是 DIP 封装、因为它易于与无焊接试验电路板配合使用。  您可以将任何现代表面贴装封装与配合使用  DIP-ADAPTER-EVM 。  这是一组廉价的微型 PCB、用于将表面贴装运算放大器转换为用于试验电路板的 DIP 格式。

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 应力引起的突发：陶瓷电容器中的颤噪效应（第 2 部分） 

希望这对您有所帮助。  此致、艺术

Alvaro、

当然、在选择运算放大器时会考虑许多因素。  在某些情况下、应用需要使用非常具体的器件选型来实现设计目标和误差限制。  在您的特定情况下、我认为成本可能优先于其他规格、而具有合理规格的现代低成本放大器是您的理想选择。  OPA991 非常适合具有出色规格的低成本通用器件。

此致、艺术

Alvaro、

• 进行此测量时、请确保使用精密电压表。  类似于 Keysight 34401A（或任何数字超过 5 位的设备）。  关键是手持式仪表可能不够用。  使用精密仪表测量每级的偏移量。
• 我建议使用源测量单元 (SMU) 为 30mA 输入提供 0mA。  如果您没有输出电流的 SMU、则可以通过串联电阻器使用最佳电压源。  我想让您检查的关键是 0mA 输入、因此从技术上讲、您可以将输入信号保持悬空。  我之所以希望您检查 0mA 输入、是因为我想确保传感器不是问题。  换句话说、我担心当您看到 340mV 失调电压时、实际上没有 0mA 输入。   
• 假设传感器按预期工作、并且来自传感器的输入实际上是 0mA、则问题可能是输入失调电压 (Vos) 和/或偏置电流 (IB)。  这两个都是所有运算放大器上的误差源。 精密运算放大器尽可能减少了这些误差源。  LF353 等器件具有很大的偏移、因为它们是较旧的技术且成本更低。  LF353 的最大 Vos 为 10mV、而 TLV888 等器件具有 15uV 的失调电压。   运算放大器失调电压和偏置电流限制 详细介绍了该主题。
• 另一种可能发生失调的情况可能是对信号进行整流。  该整流器的有效性取决于运算放大器的带宽和压摆率。
• 为了完整说明、我需要一个原理图并了解输入信号。  我可以对失调电压进行仿真并很好地近似计算出应该的失调电压。

此致、艺术