[参考译文] TLV2370：Sallen-Key 滤波器是否需要高阻抗负载？

尊敬的 D B17：

感谢您联系 GPAmps 小组。

-您能发布您在这30-40时间段内描述的振荡的示波器截图吗？ "如果压电未被触摸"是什么意思？

"电路在仿真中工作"是什么意思？ 在仿真中、您是否使用了脉冲信号或正弦波？有时、使用正弦波会显示出良好的结果、而使用脉冲会更准确。 您是否运行了相补角仿真？ 或者、您确切运行了哪种类型的仿真？

我仿真了电路的第三级、如下所示、我可以观察到17.7下的极低相位裕度、与前两级相结合可能是振荡的原因。 此外、还请注意、如果您在第2级的信号超出范围、则可能会导致振荡的第三级带宽较小。 W

提前感谢您澄清上述问题。  

此致、  

-Mamadou

你好，Mamadou。 感谢您的快速、全面回答、我非常感谢。

首先、要澄清的是、我图表中的电容器 C3 +正弦波发生器 XFG1只是低压压电盘的粗略表示。 实际上、该盘的两个端子焊接在2m 长同轴电缆的一端。 在电缆的另一端、电缆芯连接到 R2、电缆屏幕连接到信号接地 GND。

R2 (33K)和压电容构成时间常数 CP*R2的低通滤波器，其中 CP 是压电容(可能约为60nF)。 我可以增加 R2以减少滤波器截止频率、但我不希望衰减低于60Hz 的频率。 (目前为1/2.PI.R2.CP = 80Hz)

通过"压电保持不变"、我的意思是、压电盘放置在平坦的表面上、不会受到任何机械振动的影响、尽管它以电气方式连接到 R2和信号接地。

当压电体经历较大的机械脉冲时、似乎会触发振荡。 例如、如果压电体位于正弦以16Hz 振动的表面上、然后我急剧点击它、则电路通常会在 U3引脚6上输出一个信号、波形如下所示(您可以看到振荡叠加在16Hz 正弦波上)：

然后、如果我关闭输入振动、U3输出将继续振荡、通常具有如下所示的输出：

我还在试验电路板阶段… 对于每个运算放大器、我使用100nF 陶瓷盘在+5V 和 GND 以及-5V 和 GND 之间去耦。 加上+5V 和 GND 之间的10uF 钽电容器、其中输入的直流电源连接到试验电路板。

我正在使用名为 Multisim 的程序来检查电路的工作情况。 我确实使用了交流正弦波输入扫描来测试增益和相位响应。 我还在发生器 XFG1上手动改变正弦波输入频率、并检查输出是否符合要求。 这就是我所说的"电路在仿真中工作"。 我同意这不是一个彻底的测试、我将查看冲动的反应。 不幸的是、我的 Multisim 软件版本没有相位裕度功能。

感谢您检查第三阶段的相补角。 我不熟悉您过去用于执行此操作的例程。 在您的图中、R5接地。 不应将 R5连接到输入信号、还是缺少什么？

我是否可以通过任何方法来增加三个阶段中每个阶段的相补角？ 我很感谢大家对电路的评论。

Kai、"U1是一个奇怪的电路：R2和 C3形成高通、转角频率为160Hz。 R3和 C1形成一个转角频率为0.2Hz 的低通。。。。"

这不是另一种方式吗？ R3/C1形成高通、R2/C3形成低通？ 可能只是我对定义的困惑。 无论采用哪种方法、我都需要一个带通滤波器、其低截止频率由 R3/C1定义、高截止频率由 R2/C3定义。 这些点之间的所有内容都应以尽可能平坦的响应传递。

我应该补充的是、我的2米电缆的芯屏蔽电容被指定为"<90pF/m"、这样会对高截止频率产生一些影响。 不过、电缆电容会被压电盘的电容放大。

再次感谢 Kai。

根据直流示波器图、您是否意味着断开压电式磁盘/电缆并在 R2和 GND 的输入端之间注入1V 直流电？ 假设输出会饱和、因为直流增益非常高？ 我不太理解您的要求、但如果您能澄清问题、我会很乐意进行测试。

'压电电容和电缆电容构成电容分压器。' 请参考下面的图表解释这一点吗？ 我认为电缆电容和压电电容是并联的。 下方 CP 和 CC 两端的电压为0V。

我之所以选择 LMC6041、是因为在其数据表中、其应用包括"用于压电式传感器的电荷放大器"。 但我同意、它的 GBW 仅为75kHz。 您能否推荐具有轨到轨输出的替代方案。 它不必具有低功耗。

尊敬的 D B17：

感谢您提供的信息和示波器截图。

请参阅随附的几个备选器件、您可能会发现这些器件对输入级很有用。

此外、请参阅随附的稳定性仿真和分析链接。 其中讨论了用于提高相位裕度和稳定性的补偿技术。  https://training.ti.com/ti-precision-labs-op-amps-stability-6

此致、  

-Mamadou

感谢您对分压器 Kai 的解释。

"我想查看示波器输入处于"DC"模式时的示波器图。"

我向压电盘施加了22Hz 的机械正弦振动。 下面是 U3引脚6输出的直流示波器走线(连接到示波器上的 Ch2)。 "0V"轴将屏幕上半部分从底部精确地平分、因此示波器上显示的输出具有大约+0.8V 的直流偏移。 这足以满足我的 ADC 要求。

然后、我暂时扭曲机械振动(通过大幅增加振幅和频率)。 之后、我将振动恢复到22Hz、然后输出显示如下：

最后、我关闭了压电盘的所有振动。 U3的输出如下所示：

最后、下面这里是试验电路板布局。 左下角的 BNC 连接器是同轴电缆连接到电路的位置。 三个放大器 U1、U2、U3从左到右布局。

出于某种原因、我之前发布的一些图片未上传。 我将在下面重新发布：

然后、我暂时扭曲机械振动(通过大幅增加振幅和频率)。 之后、我将振动恢复到22Hz、然后输出显示如下：

最后、我关闭了压电盘的所有振动。 U3的输出如下所示：

下面是试验电路板布局。 左下角的 BNC 连接器是同轴电缆连接到电路的位置。 三个放大器 U1、U2、U3从左到右布局。

您好！

现在我可以看到照片 :-)

Kai

您好！

请注意、在用力殴打压电体时、它可能会产生很大的信号脉冲。 此类压电式的输出端子上可能会出现100V 及更多电压。 向 CMOS 运算放大器的输入提供如此高的脉冲是不好的做法。 可能会发生相位反转、闩锁甚至破坏。 我会通过两个反并联钳位二极管来限制压电体的信号电压。

Kai

你好，Mamadou

我还没有解决这个问题。 我想知道 U3的参数是否导致了问题？ 当我将手靠近 U3引脚6上的示波器探针时、振荡的振幅会减弱。 示波器是引脚6上输出的唯一负载。 示波器和探头的电容是否会导致 U3出现问题？

我尝试将一个100欧姆的隔离电阻器与引脚6串联、并监控该电阻器另一侧的示波器信号。 这似乎没有太大帮助。

8月5日、您写道："我仿真了您电路的第三级、如下所示、我可以观察到17.7下的极低相位裕度、与您的前两级相结合可能是振荡的原因。 此外、还请注意、如果您在第2级的信号超出范围、则可能会导致振荡的第三级的带宽较小。"

当您说第2阶段的信号超出范围时、您的意思是什么？ 运算放大器为轨到轨 I/O

此外、您还提到了第三级的带宽很小。 该运算放大器的 GBW 为3MHz、不是吗？ 我感兴趣的带宽为1到60Hz、与3MHz 相比、带宽很小。 我在这里错过了什么？

谢谢！

您好 Kai

一些进展...

我从试验电路板上移除了这些组件、并根据您的指导原则将它们用于在新试验电路板上重建电路。 下面是一张图片(从左到右的运算放大器：U1、U2、U3；蓝色导线是接地网格)。 我在相同的位置保持相同的运算放大器。

遗憾的是、U3输出振荡仍然间歇性存在。

但是... 我发现每次 按下 U3 (TLV2370)顶部表面的手指都会触发振荡。 只有黑色表面、我没有接触到引脚或其他组件。

我尝试更换示波器探头、以防问题的根源是损坏的探头、但振荡发生在我使用的任何探头。 我想它可以是示波器本身；它可能是50Hz 的信号源、因为探针引线上有相当多的50Hz 电源接收、即使它们与电路断开连接也是如此。

我已从 U3位置移除 TLV3270 (CMOS)并将其替换为 TL081 (FET)。 经过2小时的测试、运算放大器变化后、振荡并未重新出现、但我将让它运行一段时间、以查看它们是否再次出现。 会让您随时了解最新信息。