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[参考译文] 具有低阻抗输入的充电放大器

Guru**** 667810 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA337, OPA191, TINA-TI, OPA140
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/621095/charge-amplifier-with-low-impedance-input

主题中讨论的其他部件:OPA337OPA191TINA-TIOPA140

您好,我正在寻求有关设计输入阻抗非常低的充电放大器的帮助。  我的基本电路设计如下所示:

R1是一个直径约为8英寸的多圈线圈(200-100圈,取决于线规),电阻范围为3欧姆至130欧姆。  在本应用中,我要改变线圈附近的磁场,然后在线圈中产生电流。  我想将电流集成起来,以找到线圈中流动的总电荷。  我预计0.5 将达到3常闭。  但是,磁场变化大约需要1秒,因此我一直在使用C1 = 30 nF和R2 = 30 Mohm。  当线圈中没有信号时,R1和R2的组合会产生大量噪音。  是否有适合我的应用的好放大器?

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    Matthew,您好!

    运算放大器具有极高的输入阻抗和低的输出阻抗。 这种低输出阻抗是您测量线圈中的整个电荷所需的。

    我需要更多信息来了解您的申请。 你说的是线圈,听起来就像你在使用变压器。 您是否有更详细的示意图?

    我们的模拟应用学报中有一个充电放大器示例:

    图6是否描述了您的应用?

    您看到的噪音是由高反馈电阻器引起的。 文章在第26页描述了热噪声和反馈电阻之间的相关性。 因此,最好选择尽可能低的反馈电阻。

    此外,较低的R1和较大的R2会导致极高的增益,并可能导致运算放大器在轨道上摆动。

    我可以帮您找到合适的放大器和配置。 因此,我需要知道增益,电源电压,频率和所需的输出范围。 您是否需要轨对轨零件?

    您分享的信息越多,我能为您提供的帮助就越大。


    最佳,

    Miriam

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    您好,Miriam:

    感谢您的回复。  图 6比我的应用程序复杂得多。  线圈不是变压器,而是线圈,绕在阀芯上的手绕。  滑阀直径为8英寸,线圈的转数介于200-1000转之间。  所以线圈的电感很低,电容也很低,实际上是一个电阻器。  但是线圈有很大的区域,对小磁场变化很敏感。

    我没有一个更详细的原理图--我张贴的是我尝试使用的。

    我知道噪音是由高反馈电阻器引起的,但是如果我降低反馈电阻器,我还会降低充电放大器的RC时间常数。  我的系统具有如此低的频率,它基本上是直流的,所以我想保持时间不变的低。  现在,磁场大约需要一秒钟的时间来改变,我想测量在这一秒钟内流动的总电流。  所以我的频率是1 Hz或更低。

    确保操作电流不会摆动到导轨上相当困难。  只有当我有一个带有内部偏移微调的运算放大器时,它才会起作用。

    我正在使用+/- 15 V电源。  理想情况下,我会将1 NC的电荷转换为1 V,但这需要反馈电阻为1 nF,这会使时间常数降低到相当低的水平。

    是否有比充电放大器更好的方法来测量流经此低电阻线圈的总电流?

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    Matthew,

    OPA337是一种低电压放大器,最大电源电压为+/-2.75V,因此您可能无法使用+/-15V电源为其供电。

    您不能仅根据所需的RC时间常数来选择反馈电阻器的值,因为正如Miriam提到的那样,使用过大的R2会将输出驱动到其中一个导轨。  130欧姆输入电阻器与30Mohm反馈电阻器一起产生23.0769万 增益 ,该增益将尝试放大 OPA337 +/-3mV到+/-693V的最大输入偏移电压,而3欧姆R1产生1000万 增益,尝试将输出驱动到+/-3万V的最大值。 哪种情况会导致输出在其中一个滑轨上饱和。

    此外,任何线圈都有电感,但您只能说它有3至130欧姆的电阻,您不会显示或提及它的电感是什么?  如果输入电阻器R1实际上是一个带有某系列电阻器的线圈,您需要将其显示为与电阻器串联的电感器,并提供其电感的估计值。

    总之, 如果您想使用大反馈电阻器,您需要选择输入偏移电压最低的运算放大器-其中一个这样的高电压运算放大器是OPA191,其最大偏移电压为+/-25uV,最大电源为 +/-18V。  如果您使用+/-15V电源和R1的3欧姆,为了避免将输出驱动到其中一个滑轨,这将允许您使用最大1.8M或更低的R2: +/-25uV* 1.8M/3ohm =+/-15V。

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    Matthew,您好!

    感谢您的回复。

    正如Marek所说,只要R1很小,使用这样一个高反馈电阻器就会产生非常高的增益。 线圈电阻的高范围使得很难在充电放大器配置中找到不饱和的部件。 因此,您必须考虑减少反馈电阻器和增加反馈电容器。 您选择C1 = 30 nF的原因是什么?

    您能否更详细地描述应用程序的用途? 是否要间接测量磁场? 您是否控制了磁场并知道感应电流的大小? 电流的范围是多少?  此信息有助于查找另一个配置来测量电流。


    最佳,

    Miriam

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    您好,Marek:

    感谢您的回复。  输入中的线圈确实有一定的电感,因此,最好将其作为串联电感器和电阻器进行建模。  电路将是:

    我测量到1000转线圈的线圈电感为446 mH (R1 = 130欧姆), 100转线圈的线圈电感为8.6 mH (R1 = 3欧姆)(分别为28号线规和20号线规)。

    为了避免撞击轨道,我尝试了仅具有内部微调的运算放大器,以便在内部将偏移电压设置为零。  否则,就像你说的那样,它会立即击中轨道。  问题是即使有内饰,电路还是很不稳定。

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    您好,Miriam:

    我不能降低反馈电容器,因为我对电荷的敏感度会下降。 充电放大器的输出电压应为Vout = Q/C1,因此如果我降低电容器,我将失去测量电荷的能力。 当C1=30 nF时,1个电荷NC变为33 mV。 如果我增加电容器,则会失去电压分辨率。 这是我正在努力解决的问题! 我希望我能找到一个噪音较低的神奇运算放大器,这样我就可以使用一个大的R2。 我选择了C1和R2,给我一个大约1秒的RC时间常数。 一秒钟是磁场改变的时间,我希望能够在整个期间内集成电流。 所以我设置C1给我一个合理的输出电压(~30 mV),然后设置R2给我一个大约1 s的时间常数

    我可以更详细地描述应用程序。 我对磁场有一定程度的控制,但我改变磁场的速度不能比大约一秒钟快得多。 我真的不想测量场,我只想知道总感应电流。 在大约1秒内电流将略低于1 nA,从而在1 nC (0.5 nC 1.5 nC)的顺序上提供总电荷。 在这1秒内应该相当稳定,但会有一些上升时间和下降时间。 如果我能找到一种方法来精确测量在1秒内3-130欧姆线圈中的电流,那也会起作用。

    感谢您的帮助!
    ——马修。
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    Matthew,您好!

    很抱歉,今天我会再与您讨论。

    最佳,

    Miriam

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    您好,Miriam:

    我相信这个职位是为其他人而设的。 您确定这与我的问题有关吗? 我看不出这是怎么做的。 充电放大器的所有迹象均已消失。

    谢谢!
    ——马特。
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    Matthew,您好!
    是的,很抱歉混淆了!
    最好的Miriam
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    Matthew,您好!


    我有两种方法:

    1.使用反馈中带有开关的集成器;在这种方法中,电容器在测量过程中打开开关进行充电,并在测量后关闭开关以使电容器停止响应。 要模拟测量,必须拆下开关,因为模型并非真正打开,但具有高阻抗。 结果是高反馈电阻器。

    e2e.ti.com/.../8877.chargeampIntegrator.TSC

    2.下一种方法不需要使用对同相输入的反馈的开关。 它在您的应用中具有稳定的低频,并且能够调节电压,而不会撞击其中一个导轨。  

    e2e.ti.com/.../chargeampFeedback.TSC

    使用电流发生器,电阻器和电感(IPD,R1,L1)模拟线圈。 电源电压为+/-15V。 我使用TINA-TI进行模拟,可在我们的网站上找到:  

      

    我之所以选择OPA140,是因为它的低偏置电流为0.5 pA。 您可以根据所需的行为改变其它部分的值。 请告诉我这是否对您有帮助。

    最佳,

    Miriam

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    您好,Miriam:

    感谢您的设计。 第一个不起作用,因为没有电阻器,电路会立即撞击到导轨中。 我没有尝试过OPA140,但它看起来与我尝试过的其他产品没有太大的不同。

    我将尽快尝试第二种设计,并让您知道它的发展情况。

    谢谢!
    ——马特。