[参考译文] OPA333：OPA333输出摆幅问题

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Other Parts Discussed in Thread: OPA333, TLV9002, LMV431, OPA2333P, OPA2333

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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1025319/opa333-issue-with-opa333-output-swing

器件型号：OPA333
主题中讨论的其他器件： TLV9002、 LMV431、 OPA2333P、 OPA2333

大家好、

我们正在设计一个需要在两点测量温度的设计。我们使用 NTC 热敏电阻(25C 时的电阻为10K)。为了将 NTC 输出与 MCU 连接，我们

OPA333的器件。随附了 NTC 热敏电阻的原理图。 TI 的参考设计使用 NTC 电路进行温度感应作为我们 design.in 的参考设计的特色

产品为 TLV9002；但 OPA333可用作替代器件(在参考设计中也是如此)。

我们已将两个 NTC 热敏电阻的每个输出连接到 OPA333的两个同相终端门。
运算放大器工作电压为3.3V。
还为运算放大器栅极的输入反相端子提供了1.35V 的基准电压(使用 LMV431电压基准 IC)。

此设计可实现0.05V 至3.25V 的输出摆幅。(-10至60度。C)

当 NTC 上的温度变化时，我们可以观察运算放大器端子(同相端子)的电压变化。输入摆幅介于0.5V 至2.65V 之间。 但在输出端，

我们无法获得预期的摆幅。在较低温度下、输出似乎被钳位在1.35V (基准电压)、而在较高温度下、输出仅上升至1.5V。基准电压是

稳定在1.35V。

我们已经使用在 TINA 中进行了仿真

相同的输入电压扫描同相端子。
在反相端子上具有相同的基准电压。
直流电压扫描的示例。

我们得到了预期的增益(1.5)和输出。下面给出了仿真电路和直流传输特性。

。

请求帮助我们了解此问题的原因和解决方案。

我还随附详细的设计文档以及仿真结果和参考设计。

相关信息

Adarsh

e2e.ti.com/.../NTC-thermistor-with-OPA333-design.pdfe2e.ti.com/.../NTC-temp_5F00_using-TLV9002.pdf

3 年多前

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1831610 points

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您好、Adarsh、

我们已经使用在 TINA 中进行了仿真

相同的输入电压扫描同相端子。
在反相端子上具有相同的基准电压。
直流电压扫描的示例。

我们得到了预期的增益(1.5)和输出。下面给出了仿真电路和直流传输特性。

我复制了您的图、如下所示。下面是相关说明。

您有两个电压源、您需要写出传递函数、在该函数中、您可以通过叠加方法求解 Vout/VG。以下是步骤：

1.36V 的 Vref 短接至接地或 Vref = 0、Vo1 = VG (1+RF/RL)= VG*(1 + 4.7kΩ Ω/ 10kΩ Ω)= 1.47*VG

2. VG 源到接地短路，VO2 =-(RF/RL)* Vref =-0.47*1.36 =-0.6392V

3.添加 Vo1 + VO2，Vout 的传递函数为：Vout = VG (1+RF/RL) - (RF/RL)* Vref = 1.47*VG - 0.6392V。

在上面的示例中、其中 VG = 0.5V、Vout 将为1.47*0.5 - 0.6392 = 0.0958V = 95.8mV

封装是上面的仿真。

e2e.ti.com/.../OPA333-NTC-Thermistor-08062021.TSC

供参考、下图是 Vout 与 Rntc、Vout 需要通过曲线拟合方程(Vout 与 Rntc 或 Vout 与温度)转换为温度

e2e.ti.com/.../OPA2333-Thermistor-Plot-08062021.TSC

如果您有其他问题、请告知我们。

最棒的

Raymond

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1831610 points

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您好、Adarsh、

为什么这么复杂？只需将 NTC 接线为分压器：

https://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm

Kai

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1831610 points

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您好、Raymond、

非常感谢您的努力和及时的响应！

我同意您获得的结果与我一样。

但我的问题是硬件。我使用了具有相同值的组件、但无法获得如中所示的输出

仿真。

当我从室温增加 NTC (栅极1)两端的温度时、输出电压为 Vref 1.35V、并且仅上升至

1.36V.同样是栅极2的问题。运算放大器的输入完全不同。

请告诉我原因。

此致、

Adarsh

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1831610 points

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您好、Adash、

NTC 热敏电阻曲线与温度呈非线性关系、请参阅随附的热敏电阻 Excel。热敏电阻有多种类型、其中热敏电阻电阻与温度的关系不同。下面是25°C 热敏电阻时的10kOhm、这两种类型的 R 系数在10kOhm @25C 下也不同。请检查您正在使用的图表。在任何情况下、R 与温度关系的形状看起来都相似。

我 ºC 了仿真、该仿真表明 Vout = 1.36V -> R=14.3219k Ω(17ºC Ω)、Vout = 1.35V -> R = 14.4445k Ω(~16.5 Ω)。 ºC 上面的热敏电阻图是正确的、您会看到温度变化小于1 μ s。其中1.36V 等效于17C。您看到的是热敏电阻作为温度函数的非线性行为。

e2e.ti.com/.../OPA2333-Thermistor-Plot-08072021.TSC

e2e.ti.com/.../10K-25C-Thermistor-R-vs-Temp.xlsx

如果您不确信热敏电阻是17C 环境或水、则应使用 DMM 测量约14.32千欧的电阻。如果您有25°C 的水、则应在将热敏电阻浸入 H2O 时在10千欧姆处测量热敏电阻电阻。您可以使用 Vout 传递公式 I 提供的电压、根据 R_thermistor 值计算电路的 Vout、或通过仿真图跟踪点。

与 R_thermistor 相比、有多种方法可最大限度地提高输出电压。例如、如果您能够将 OPA2333P 配置为缓冲器、则会增加 Vout 的变化；您可能会增加热敏电阻分压器的电压等。无论如何、如果您能够告诉我完整的设计要求、我可能会推荐一些东西。

最棒的

Raymond

0 admin 3 年多前

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您好、Raymond、

再次感谢您！我同意你的所有观点。

我认为你不应该明白我的观点。

问题是、当我将热敏电阻两端的温度从室温升高约70 - 80 C 时、输出电压从1.36V 无变化。根据仿真和设计、我们期望在60 C 时输出摆幅高达3.25V

简单地说、我不应该得到输出摆幅。输出电压只有1.35V (Vref)的极小变化

当我将 NTC 温度降低到室温(约5C)以下时、Vout 也没有变化。

此致、

Adarsh

0 admin 3 年多前

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您好、Adarsh、

问题是、当我将热敏电阻两端的温度从室温升高约70 - 80 C 时、输出电压从1.36V 无变化。根据仿真和设计、我们期望在60 C 时输出摆幅高达3.25V

如果在大约70-80C 的温度下增加热敏电阻、则不会看到输出发生任何变化、可能会发生以下情况。

1.热敏电阻不良或热敏电阻连接不良。

2.运算放大器电路不工作或存在接线问题。

为了解决第一个问题、我建议您将同一个热敏电阻浸入温度不同的水中。

在70C 水温度下、使用 DMM 时热敏电阻直流电阻应约为1.75kΩ Ω。

在25°C 的水温度下、使用 DMM 时热敏电阻直流电阻应约为10kΩ Ω、

直流电阻将随温度的变化而变化。如果它没有变化、那么问题就出在这里。

上述电路在温度测量中不支持高达70C 的温度。在70C 时、运算放大器的输出似乎已达到饱和(3.3V - 70mV = 3.23V)。

下面是手算：

70C 时的 Vthermistor = 2.8085Vdc

根据 Vout 传递函数、Vout = Vout = VG (1+RF/RL) - (RF/RL)* Vref = 1.47*2.8085 - 0.6392V =3.489Vdc、这意味着电路在热敏电阻的70C 下无法在运算放大器的线性区域中运行。

60C = 2.6425Vdc 时的 Vthermistor (2.488kΩ)、 Vout = Vout = VG (1+RF/RL) - (RF/RL)* Vref = 1.47*2.6425 - 0.6392V = 3.245Vdc、这意味着60C 可能是电路可测量的最高温度(Vout = 3.245Vdc 是电路可感测到的上限温度)。

无论如何、您会观察到输出端没有随温度变化、这意味着可能会出现以下选项。

请配置以下电路、当 Rntc = 10kΩ Ω 时、您应该会看到 Vout = 2.426Vdc。在本例中、增益= 1.47V/V 如果您看不到输出、我将检查接线连接等。

如果您有其他问题、请告诉我。

最棒的

Raymond

0 admin 3 年多前

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您好、Raymond、

我不小心单击了"已解决"按钮。很抱歉。我的问题没有得到解决。

我们分别检查了 NTC 以及输出和与运算放大器的连接。没有发现任何问题。

运算放大器的输入电压工作正常。(您共享的电路中的 Vthermistor 点处)、我们尝试更换运算放大器。但也存在同样的问题。

我们还将反相端子接地并检查输出电压。此时、我在室温下得到 Vout =40mV。

当我提高 NTC 温度时、在70°C 时、刚刚提高到110mV

您的回复非常明显！！

谢谢、此致、

Adarsh

0 admin 3 年多前

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您好、Adarsh、

我们还将反相端子接地并检查输出电压。此时、我在室温下得到 Vout =40mV。

您能否为我提供电路中圈出的以下节点中的电压测量值？我想知道中的电压

VIN+

VIN-

VCC

4.输出电压

如仿真结果所示、在室温条件下、Vin+的测量值应约为1.65Vdc、并使用热敏电阻。 VIN-也应为1.65Vdc。 VCC 被称为3.3VDC。根据仿真结果、输出大约为1.786Vdc。

我不知道 Vout = 40mV 的来源。如果输入电压为 Vin+、例如1.65Vdc、则输出不能为40mV、因为电路增益为1.47V/V 如果 Vref 接地或 Vref = GND=0、则输出应为1.65Vdc * 1.47V/V = 2.43V 左右。

您能否拍摄设置图片并与我们分享？

当我提高 NTC 温度时、在70°C 时、刚刚提高到110mV

对于该测量、输出应在上面的电路中被牵引并饱和、并且测得的 Vout 应接近3.25Vd (饱和)。还请输入上面列出的电压节点测量值、我将看到问题可能出在哪里。

最棒的

Raymond

0 admin 3 年多前

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您好、Raymond、

正如您所说、我们已经完成了测量。结果如下表所示。

温度	VIN+	VIN-	输出电压	VCC	参考电压
室温	1.61.	1.34.	1.33.	3.3.	1.35.
70°C	1.90	1.34.	1.34.	3.3.	1.35.

我还附加了设置图像。

在这里、我们仅在电路板中填充了运算放大器部件、并使用电源为其供电。 NTC 以25 C 和70 C 的温度和 DSO 上的测量电压浸入水中。

还使用运算放大器连接 PCB 部件。

我已经发送了原理图部分。

再次感谢您、

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1831610 points

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您好、Adarsh、

您的设置中可能会发生几件事情。

在 Tambb 读数中、Vin+=1.61V 在室温范围内、但 Vin-或反馈电压不符合1.61V 的 Vin+、这意味着您的运算放大器不在线性区域中工作。

问：运算放大器的输出端是否有负载？ OPA23333的负载是多少？如果您告诉我、输出端没有负载、并且所有接线连接或 PCB 走线都正常、则运算放大器就会出现问题。

在第2次温度测量中、70C 的 NTC 热敏电阻值应约为1751欧姆(之前随附的电子表格 I)。因此，如果测得的 T 实际为70C，则 Vin+应在3.3*10k /(10k + 1.751k)= 2.808Vdc 的条件下测量。您报告了1.90Vdc、有问题。

假设输入是在1.90V 下测量的、热敏电阻的温度应为3.3*(10k /(10k + X)= 1.90V 或 X = 7.368kΩ Ω(约为32C) 此处是根据测量条件进行的仿真。

您的运算放大器设置不在线性区域中运行、其中 Vin-必须跟随 Vin+。

因此、我认为您的运算放大器或 PCB 板存在问题、或者布线/连接不良。由于输出没有变化、您可以将输出加载到下方、或者输出端存在电压。

请将 OPA2333的两个输入接地并测量输出电压。我认为您必须使用电导率/DMM 表逐引脚进行跟踪。

顺便说一下、我已经指出、70C 的测量将使运算放大器电路饱和。换言之、该电路可能能够测量接近~60C 的最高温度。

最棒的

Raymond

0 admin 3 年多前

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您好、Adarsh、

确认 R26确实是真正的10k、电阻不是高得多。

确认 R27确实是真正的4k7、而不是小得多的电阻。还应考虑电阻器损坏或焊接不良导致的短路。

确认 C33实际上是一个100nF 电容器、而不是一个低欧姆电阻器。还应考虑电容器损坏或焊接不良导致的短路。

最好卸下所有这三个组件(R26、R27和 C33)并安装新组件。

Kai

放大器（参考译文帖）

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[参考译文] OPA333：OPA333输出摆幅问题