[参考译文] TLV9052：在简单的差分放大器电路上输出@μ V +轨电压

您好、Walter、

您能否显示原理图？

TLV9052速度非常快、可能会发生振荡：

e2e.ti.com/.../walter_5F00_tlv9052.TSC

瞬态响应中的振铃和频率响应中的峰值清楚地表明电路不稳定。

我要安装一个与两个470k 电阻器并联的小型 NP0陶瓷电容器：

C1提供所谓的"相位超前补偿"并再次恢复相位裕度。 C2有助于保持差分放大器的对称性。

我要添加一个100R 隔离电阻器。 将其安装在靠近 OPAMP 输出的位置。

请记住、您不应使用示波器探针直接接触 OPAMP 的任何信号引脚。 不可避免的探头电容会破坏电路稳定。 始终插入合适的隔离电阻器。

如果电路仍然不稳定、请采用较慢的运算放大器、例如 Ron 已经建议的 TLV9002。 但仍然使用上面显示的相位超前补偿技术。

Kai

我似乎无法获得要插入的图像。  诀窍是什么？

好的、我弄清楚了如何加载图像！ (为什么他们不首先说拖放？ ：)  )

我用纸张画出了它、以便快速提供给您。   

带有指向它的箭头的小方框是我试图代表输入电压源的双倍尝试。  这在初始帖子中进行了说明。

遗憾的是、我将不得不订购10pF 电容器、这将需要几天的时间。  我们有100pf 的库存 、您是如何以10pF 的速度到达的？

我更喜欢使用 Ron 建议的 TLV9002、但我无法将其置于我们可以在研发实验室中处理的封装中。  TLV9052已经推出、看起来已经足够相似了。

我在原理图之间看到的一个主要差异是我们如何连接电源和接地。  我的引脚4接地。  我认为这是可以的、因为输入信号不会低于零。

您好、Walter、

通过使用  这种运算放大器、小相位超前电容通常会起作用。 它足够大、可以补偿 TLV9052的小输入电容、与470k 电阻器一起导致不必要的相位滞后、但同时也不会太大、导致输出的容性负载过大。

100pF 也可以工作、但效率会稍低。 问题在于、您的"盒子"的未知阻抗将改变情况、无法完全确定相位超前补偿是否符合预期。

选择双电源电压主要是为了简化仿真。 它还有助于使 OPAMP 的输出级在其线性工作范围内工作。

您的输入信号似乎不会超出 TLV9052的共模输入电压范围、但如果输入信号为零、OPAMP 的输出很可能会达到饱和状态。 这可能会导致稳定性问题。 不需要、但可以。 如果您将470k 以下的接地端子移动一个小电位(也称为"伪接地")以使输出保持饱和状态、那么最终会更好。 添加小型伪接地与使用双电源电压一样。

请记住、LM10和 TLV9052是完全不同的放大器、一个运算放大器可能使用的放大器不一定与另一个运算放大器配合使用、反之亦然。 您可能需要第二次"发明车轮"...

Kai

因此、我今天能够切换到 TLV9002、并且遇到了同样的问题。   我尝试了100 pf 电容器、它没有什么不同。   

我认为我理解了伪接地、但对其进行了一些读取、基本上、我只使用了两个220k 电阻器来创建从正电源到电源接地的分压器。  然后将引脚4连接到电源接地、并将470K 电阻器从引脚2连接到两个220k 电阻器的中心。   它没有产生影响。  我做得对吗？   

此外、我可能给您一个错误的印象、即"50mV 至200mV"范围。  这些是来自探针的输入的标称电压、而不是放大器电路的输出的示例。  尽管放大器输出上的噪声很小、但它在2-4mv 范围内。  我不会将其从放大器中称为振荡、尽管我想可能会这样。

您好、Walter、

如果不了解整个设置、很难提供帮助。 现在、让我告诉您我的想法是什么：

1.在液体中执行直流测量可能比较棘手，因为电极上由电势差引起的化学反应可能会降低或增加两个电极之间的测量电压。 换句话说、可以在影响测量的电极处形成化学电池。

2.另一个问题是电极上的钝化层的产生，使两个板之间的电流在几秒钟或几分钟后越来越小。

这些问题的使用通常通过使用交流电压进行此类测量。

我不清楚是测量电压(电势差)还是电阻。 对于普通电压测量、无需测量电流。 但是、当您执行电阻测量时、您将需要测量电流。 LM10作为双极运算放大器、可生成输入偏置电流和输入失调电流、有助于执行电阻测量。 但作为 CMOS 运算放大器的 TLV9052或 TLV9002不会在相同的高度生成这些电流。 如果您的设置需要这些电流流动、则电路将不再与 CMOS 运算放大器配合使用。

4.我不知道液体和电路是如何相互电气连接的。 从原理图中可以看到、唯一的连接似乎是液体中的接触。 或者换句话说、电路的信号接地和设置中其他位置的液体之间似乎没有任何电气连接。 但是、如果仍然存在这种连接、则均衡电流可能会流过 OPAMP 电路、这会对测量产生不必要的影响。

5.这使我有了下一个想法。 为什么要使用差分放大器？ 当差分信号被不需要的共模信号叠加时、通常使用差分放大器。 然后、只要整个电路在两个输入端保持高对称性和平衡、差分放大器就可以在很大程度上抑制共模信号。 但是、当两个电极上不需要的共模输入信号不同时、差分放大器无法完全抑制共模信号。 在这种情况下、仪表放大器将是更好的选择。

6.另一方面，如果根本不存在不必要的共模信号，并且液体和运算放大器电路之间没有其他隐藏的电气连接，则标准同相放大器也可以正常工作。 60Hz 噪声可通过屏蔽来抑制。 您目前是否体验过同相放大器？

7.如果您有这种不需要的耦合和不需要的均衡电流、您可以考虑提供一些隔离。 您可以通过电极将测量电路直接连接到液体、但如果存在与液体的另一个电气连接、则可以隔离以下电路。

我想我知道您现在在想什么。 为什么所有这些麻烦都能在 LM10中正常工作？

Kai

Kai -感谢您的回答。  我已尝试回答并提供更多与您在下面的回答相关的信息。

如果不了解整个设置、很难提供帮助。 现在、让我告诉您我的想法是什么：

(我完全理解！  我非常感谢您提出的更多想法和问题！)

1.在液体中执行直流测量可能比较棘手，因为电极上由电势差引起的化学反应可能会降低或增加两个电极之间的测量电压。 换句话说、可以在影响测量的电极处形成化学电池。

我们绝对理解这一点、并且知道我们必须研究其中的一些材料才能找到适合电极的材料。  我们认为、我们需要将电磁用于磁场、而不是永磁体用于定期更改磁场方向、以防止电极出现许多问题。

2.另一个问题是电极上的钝化层的产生，使两个板之间的电流在几秒钟或几分钟后越来越小。

我们已经看到了其中的一些情况、正在寻找电极的替代材料。

这些问题的使用通常通过使用交流电压进行此类测量。

我不清楚是测量电压(电势差)还是电阻。 对于普通电压测量、无需测量电流。 但是、当您执行电阻测量时、您将需要测量电流。 LM10作为双极运算放大器、可生成输入偏置电流和输入失调电流、有助于执行电阻测量。 但作为 CMOS 运算放大器的 TLV9052或 TLV9002不会在相同的高度生成这些电流。 如果您的设置需要这些电流流动、则电路将不再与 CMOS 运算放大器配合使用。

这一概念以法拉第法律为基础。  我们正在测量两个电极之间的电势。   我曾考虑过但没有试验过测量电流或电阻。   当我们获得非常好的波形、仅使用基于 LM10的差分放大器测量两个电极的电势时、我们就认为这是解决方案。

4.我不知道液体和电路是如何相互电气连接的。 从原理图中可以看到、唯一的连接似乎是液体中的接触。 或者换句话说、电路的信号接地和设置中其他位置的液体之间似乎没有任何电气连接。 但是、如果仍然存在这种连接、则均衡电流可能会流过 OPAMP 电路、这会对测量产生不必要的影响。

液体与泵、阀门和电机等电路完全电气隔离。   由于我们有直流泵和电磁阀、因此我们绝对始终在留意这些泵和电磁阀在电源上产生的噪声。  但我们没有发生这种情况。

5.这使我有了下一个想法。 为什么要使用差分放大器？ 当差分信号被不需要的共模信号叠加时、通常使用差分放大器。 然后、只要整个电路在两个输入端保持高对称性和平衡、差分放大器就可以在很大程度上抑制共模信号。 但是、当两个电极上不需要的共模输入信号不同时、差分放大器无法完全抑制共模信号。 在这种情况下、仪表放大器将是更好的选择。

问得好！  坦率地说，我曾经生活和呼吸这些东西，但这是近30年前的事！  我在我们的启动过程中就回到了这一点、我在许多方面都很生锈。  但它确实回来了！   我认为引线处于同一磁场中但未电气连接可能会从磁场涡流中拾取共模噪声(最初我们使用 DIY 电磁体、绕组并不完全完美！)。  

您能否布置您建议我尝试的仪表放大器？

6.另一方面，如果根本不存在不必要的共模信号，并且液体和运算放大器电路之间没有其他隐藏的电气连接，则标准同相放大器也可以正常工作。 60Hz 噪声可通过屏蔽来抑制。 您目前是否体验过同相放大器？

我没有试验过同相放大器来解决这个问题。  这是否需要将其中一个电极接地？  在产生的电流非常小的情况下、我认为这是不可行的。  最初、差分放大器上的输入电阻为10K、然后是47k、再为100k、直到我完成数学计算并确定使用220K (我们库存中最接近的电阻器)、它开始与 LM10配合使用。

7.如果您有这种不需要的耦合和不需要的均衡电流、您可以考虑提供一些隔离。 您可以通过电极将测量电路直接连接到液体、但如果存在与液体的另一个电气连接、则可以隔离以下电路。

实际上没有与流体的另一个电气连接。

我想我知道您现在在想什么。 为什么所有这些麻烦都能在 LM10中正常工作？  

我想知道这一点、但我真的很喜欢 Ron 的建议。  LM10具有我不需要的参考电路。  我有一个第二级、它只是一个使用 LM10的同相放大器。  在 LM10中使用该参考级需要占用大量空间、而我没有使用该参考级。   TLV9002看起来是一个很好的替代方案。 然后、我进入找不到任何 TLV9002。  这就是卡罗琳参与并提出 TLV9052的时候、我找到了这些。  我们是一个小型启动器件、处理 SMD 封装的能力有限、因此需要花一点时间才能找到合适的库存器件、这些器件可与 DIP 适配器评估器件配合使用、但我终于找到了一些器件！  

我们看起来非常接近！   

Kai、

我构建了具有100mV 伪接地的差分放大器。  我没有10pF 电容器。  我现在不得不使用82pf 陶瓷电容器。  不管怎样、它在使用1.8VDC 电源的工作台上工作得很好。   (如果我没有提到这一点，我们的 ADC 的最大输入为1.8VDC，因此 TLV90xx 非常支持这一点。)  我还没有将输入连接到实际的探针、因为软件开发人员现在正在使用该系统。  我仿真第二个工作台电源的输入。  

当输入从10mV 变为410mv 时、输出呈线性。  它非常稳定且具有低噪声。  当然、工作台电源具有良好的低噪声输出。  在  VF1的电路输出达到大约1.79V 之前、VG1的输入可以达到410mv - 1.8V 电源下的最大输出。   因此增益看起来是4.39。  引脚7的电压约为880mv。  原理图中 U1级上的所有元件在试验电路板上都是相同的- R5：170k、R6：10K、C1 100nF。   唯一不同的组件是82pf 电容器。  

在这种情况下、增益是如何设置的？  当反相或同相放大器进行任何正常增益计算时、我不会得到4.39、即使在假接地端也是如此。  我真的希望能够在 VG1上具有最大750mv 的输入。

10pF 和100nF 电容器应使用哪种类型的电容器？

衷心感谢您的帮助和耐心。  当我回到模拟设计时、您已经掌握了这方面的信息、这超出了我的职责范围！

嗨、Walter、  

我运行了 Kai 上面连接的电路、奇怪的是、在您的电路应用中、输出电压为1.78V、输入为410mV。 在仿真中、它看起来稍有不同。  

这里是 Kai 的文件、如果您想自己运行仿真、我觉得其他问题可能是错误的... e2e.ti.com/.../0564.walter_5F00_tlv9052_5F00_1.TSC

祝你一切顺利、
卡罗莱纳州

您好、Walter、

我同意 Caro。 使用电路时、输出信号不应与410mV 输入信号发生削波。 或者您是否设置了 R5=R6=100k？ 然后、电路将在410mV 输入信号时削波：

电路的增益为470k/220k = 2.14。 您还可以通过直流扫描图估算增益：(1.7V - 0.1V)/(750mV - 0V)= 2.13。

对于10pF 电容、我将采用 C0G (或 NP0)陶瓷电容。 对于100nF 电容器、我将采用 X7R。

Kai

在上面布置的原始差分放大器电路中、伪接地部分的 R5 = 170K、R6 = 100k。  我没有170K 电阻器、因此我使用两个并联的电阻器创建了等效电阻。   发布的最新版本的 R5=R6=100K。  我将把 R5更改为100K、看看会发生什么情况。   这可能是问题所在。    

我没有仿真工具的相关经验、但我真的想学习这些工具。  我将下载并安装 TINA、以便运行这些仿真。  目前、我使用 Fusion 360 (以前称为 Eagle 9.x)、因为我们收到了它的赠款。  它具有 SPICE 功能、但我尚未了解如何使用它。

您好、Walter、

我的原始电路的 R5=170k、R6=10k 构成分压因子(170 + 10)/ 10 = 18的分压器、从而将1.8V 电源电压降低到1.8V/18 = 100mV 的伪接地电势。

100mV 是 TLV9052输出低饱和电压的下限值、从而使运算放大器能够在其线性工作范围内工作。

170k 电阻器不存在于 E 系列中。 但这并不重要。 只需使 R5比 R6大17倍。

如果您不喜欢100mV 伪接、但希望使其更高、只需为 R5和 R6选择不同的电阻值。

我使用的仿真软件是 TINA-TI。 它是免费的、可在此处下载：

https://www.ti.com/tool/TINA-TI

Kai

谢谢 、Kai klaas69  我已经下载了 TINA-TI、并将学习如何使用它。   

我介绍了在试验电路板上构建的电路。  我认为、当您将引脚4接地而不是与其旁边的行连接时、这会有很大帮助！！！  我的错误！  现在、对于1.80V 的 VF1、似乎采用800mV 的最大值作为输出。   这应该起作用。 我仍在使用工作台电源来提供800mV、直到软件开发人员为我提供足够长的测试平台、以便使用流体中的真实探头测试此情况。   

非常感谢您、 Caro Walter 和 Ron！

在 社交媒体或其他地方分享这种帮助对我有多大益处、是否有最佳方式？  我想这么做！