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[参考译文] 选择运算放大器以感应压电产生的电压?

Guru**** 1131400 points
Other Parts Discussed in Thread: THS3091, OPA192, OPA365, OPA301, OPA2301
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/587723/selecting-opamp-for-sensing-piezo-generated-voltages

主题中讨论的其他部件:THS3091OPA192OPA365OPA301OPA2301

尊敬的先生:

我正在从事结构健康监测项目,在该项目中,我需要感应压电产生的电压。

此压电电电容约为5nF,可生成频率在-5mV至5mV范围内约为500kHz的电压波形。 我需要一个能够感应到这个电压并在0-3V电压范围内放大的运算放大器。

我尝试过THS3091运算放大器,但它无法感应电压。 请帮助我找到输入阻抗更大的正确运算放大器。

谢谢你

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。
    您好,Mandal,
    我认为,您最好先使用低噪声,低偏移,高输入阻抗前端,然后再使用第二级,以获得所需的输出摆幅,同时保留您所需的带宽。 我认为,您需要的带宽以及高输入阻抗和低噪声的其他要求在单个放大级中可能会令人却步。

    对于前端,我会使用类似于OPA192 (5.5nV/rtHz,20pA输入偏置电流,10MHz,RRIO,25uV偏移)的器件来连接您的传感器,以不超过20V/V的增益运行,以保持500kHz带宽。 然后,第二级需要以30V/V (或15V/V)的增益运行,这取决于您的输入是5mV还是10mV),以获得所需的输出摆幅。 对于第二级,我将使用一种器件(如OPA365 (RRIO,50MHz,25V/us,65mA输出电流)来完成设计。 然后整个电路就可以通过单个5V电源运行。

    我想你也暗示你需要改变你的输出,使-5mV输入对应于0V输出。 对吧? 为此,您可以在第二阶段引入稳定/控制良好的偏移。

    如果我遗漏了一些内容,请查看并更新。

    此致,
    Hooman
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    您好,Mandal,

    噪声较低的另一种可能是使用OPA301 (3nV/rtHz,150MHz,RR OUT,输入CM电压范围接地,最大输入偏置电流5pA,最大偏移5mV!) 假设您有办法纠正/调整大偏移? 借助OPA301的更高速度,您可以通过单个阶段处理高达500kHz的信号(但仅当在50dB闭环增益下运行时,开环增益图显示低于300kHz时才勉强)。 您一定可以使用此高速设备提高前端的增益,以最大化SNR并最小化第二级噪声影响。

    OPA301:

    您可能需要执行一些电平转换,以从您的传感器产生接近0伏的电压(-5mV)。 采用此方法可能是为了包括对偏移电压的校正(假设您的设置中可能存在这种情况?)。 如果您需要整体增益(假设10mV信号转换为3V输出摆幅,则~ 300x),如果不处理,则此偏移会使您的信号不堪重负。 但是,OPA301偏移电压漂移(2.5uV/度 c)比OPA192 (0.5uV/度)高得多。 C)。 因此,在决定时,您可能需要考虑操作的温度范围。

    此致,

    Hooman

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    谢谢,Hooman,

    是的,此解决方案可能会起作用。

    是的,我也在考虑在一个以上的阶段放大它。

    你得到 了我想要做的一切。

    但在这里我发现了一个新的问题。也许我对电子电路的理解不是很好。也许你能给我一个解决办法。

    在我的系统中,我在不同的位置有一个Piezos连接到飞机级铝板上,我们通过一个压电发送应变波(一种特殊的音调突发信号)。 (就像在材料中产生波,使用不同电压的压电压的膨胀和收缩属性)。此波(音脉冲信号) 通过材料传输,我们想在其他位置感应它。 根据接收信号的性质,我们实施不同的算法来检测材料中的损坏。

    现在我正在尝试开发一个小规模仪器和嵌入式系统来完成这项工作。所以我需要在感应压电上感应这个信号。昨天我刚刚尝试了另一个运算放大器OP37,它具有2个同相配置的增益,并检查了A 示波器中的信号。 但我不知道电路有什么问题,它在非常高的电平(如+5V)下脱开,这种偏移量不断变化,包含原始信号。 (即使我没有附加任何偏移电压调整)。 我正在附上电路示意图。 即使我在运算放大器输入点触一个信号,也会被偏移。 但当我拆下运算放大器并直接连接带示波器的压电时,信号保持在0V平均线(-5mV到+5mV)。

    现在,我想到这个问题的一个方法就是这样, 我们正在使用的压电也能感应到可能是低频的心率噪声,由于产生低频波,产生波纹,使我们的信号重叠。 我在直接用分析信号时看到了这样的波纹 示波器,但不会停留更长时间,信号稳定在0伏平均线。 但为什么这么大的偏移会发生在连接了运算放大器的情况下呢? 也许您能够理解这一点。

    同样,此op37有Vos饰件销,我没有使用(而是我不理解它实际上做了什么?)

    我计划使用 数据表应用部分中显示的安装放大器电路(在增益和偏移方面有一些操作),因为此运算放大器能够感应到来自感应压电的电压。 (但我会在消除此异常偏移并使用此Vos饰件时执行此操作)

    也许您可以帮助我解决所有这些问题,以及为什么会发生这些问题。

    再说一次,有没有办法让我们过滤我们的感应压电信号然后放大它? 因为在我的情况下,由于涡流噪音引起的波纹会导致极高的电压,因为增益大约为300。 (但它们将在源电压级别被夹住)。

    再次感谢您的宝贵知识和支持

    此致

    Mandar Kothavade

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    您好,Mandal,
    如果可以,请张贴您观察到的波形。

    我认为您不能以+2V/V增益运行OP37,因为您已经配置了它。 数据表显示71度的相位裕度,AV= 5V/V
    因此,我建议您将增益设置电阻(从反向输入到接地)降低到2.5k或更低,然后重试。

    还有其他低噪声设备,它们的单位增益稳定(不要求最低工作增益)。 如果这是您需要的,我可以向您发送一个列表。

    此致,
    Hooman
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    谢谢你Hooman

    这就是我的信号的样子。 黄色通道是我使用执行器压电发送的信号,蓝色通道是我 从传感器压电接收的信号(我们感兴趣的蓝色信号)。 此信号约为175KHz。 图中显示的此信号 不带运算放大器电路。  

    在连接了运算放大器电路后,信号是一样的,但正如我前面所说的那样,它偏移在+5V左右(我现在没有这种情况的图片)。但在这种情况 下(没有运算放大器电路 ),您可以看到信号平均线为0V (查看左侧通道2蓝色指示器,指示0V位置)。  

    根据您的建议, 我会尝试用2.5k或更低的电阻器替换10K电阻器(但这会产生5V/V的增益)。对我来说,我尝试这些电路 只是为了了解我正在使用的运算放大器是否能够感应到感应压电的信号。  

    我的最后要求与我 在第一篇文章中提到的一样。 我需要将信号( -5mV --+5mV)放大 到(0V -3V)的水平,然后这个信号将被嵌入系统的ADC记录下来。 然后,我们将进一步处理它,以获取有关材料损坏的信息。

    感谢您的支持

    -Mandar Kothavade

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    Mandal,

    您目前有哪些电源电压?
    传感器的一侧是否必须接地?
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    尊敬的Ron:

    正如我之前所说,我正在测试此系统。 因此,目前我可以使用调节电源提供+24V至-24V范围内的任何电压。
    我将在完成测试阶段后尽快完成。 我有一个平面来设计整个电路,也许我可以根据需要将稳压电源电压纳入其中。 但这将有限制,因为此系统将使用两个12V电池,因此在这种情况下,我可以提供+10V至-10V稳压电源。 据我所知,我认为这一范围的电压足以满足我的计划。

    关于传感器,是的,传感器的一端由于其位置而接地。(我是指在金属板上粘贴压电。所以它的-ve电极与板接触,因此板需要接地,以便感应和激发Piezos。)

    谢谢你。
    如果您需要任何其他信息,请告诉我。

    -Mandar Kothavade
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    Mandal,

    以Hooman的OPA301建议为基础。 我建议使用双OPA301,即OPA2301。

    为了使输出保持在0V至3V范围内,我使用了3V单电源。 如果您愿意,可以将其更改为3.3V或5V。

    每个放大器具有相同的增益17.32 V/V或24.77 dB。 如果需要,可以轻松添加更多筛选。

      

    e2e.ti.com/.../OPA2301.TSC