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[参考译文] OPA237:用于驱动压电式//请求替代运算放大器的运算放大器

Guru**** 1646690 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA237, OPA187, OPA196, OPA191, TINA-TI, TLE2022
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/1177549/opa237-opamp-driving-piezo-request-for-alternative-opamp

器件型号:OPA237
主题中讨论的其他器件: OPA187OPA196OPA191TINA-TITLE2022

尊敬的 TI 团队:

我们使用 OPA237NA 来驱动小型压电式器件。 压电式的电压范围为0。 +150V 和大约2.6 uF 的电容。 我们仅使用35V 电压为运算放大器供电。 数字控制环路以100Hz 频率运行。

现在、我们解决了这个问题

a) OPA237当前不提供我们在设计和中使用的 SOT-23封装

B)根据数据表、虽然它在我们的应用中工作、但它不会驱动这么高的 A 容量。

您能否推荐一款 TI 产品(供货情况良好)来替代 OPA237NA? 我们愿意采用不同的封装进行设计。

谢谢。
Dan

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    Dan、您好!

    是的、2.6uF 负载电容非常大、不同的运算放大器尝试驱动它时会变得不稳定。 有时、在这里的情况下、输出电容具有足够高的等效串联电阻(ESR)、该负载的极点-零点组合可补偿运算放大器、并保持稳定。 这种形式的补偿产生的显性极点响应比设计运算放大器具有的自然极点响应更低。 最终结果是运算放大器电路的带宽将非常低、但可能足以支持100Hz 应用。 不同的运算放大器可能需要增加补偿才能保持稳定。

    您提到了0.. +150V、那么 OPA237仅用于它可以使用+35V 电源支持的任何最大输出电压?  对于应用所需的运算放大器电气参数而言、什么是关键? OPA237的工作电流典型值为350uA。 这很关键吗? 您的应用似乎需要5引脚 SOT-23封装、这限制了可用的封装。

    任何其他信息都将有所帮助。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、

    感谢您的评论。  

    关于驱动压电式的电压范围、您答对了。 它受运算放大器的+35V 电源的限制。 提供+35V 电压的升压转换器可提供大约3mA 的电流。 除了运算放大器稳定性之外、我不能想到任何其他关键电气参数。

    可以更改此设计以适应采用不同封装的器件。

    谢谢
    Daniel

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    Daniel、您好!

    我认为、作为第一项建议、OPA187可能会在您的应用中成为 OPA237的可能替代产品。 这是一款更新的轨到轨 HV CMOS 运算放大器、可能是 OPA237压电应用的电压降。 TI.com 显示了 OPA187的 SOT23-5版本的少量库存、大约为6.4ku、但 SO-8版本显示为274 ku、二者均位于 Mouser。

    https://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa187.pdf

    如果您可以获取 OPA187的一些样片并在应用中对其进行测试、这将告诉我们这是否是一种选择。 应用工程不会直接涉及库存问题、因此我无法完全了解 TI 产品在全球不同地区的供货情况。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程  

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    Thomas

    感谢您的建议。  

    我想知道您为什么选择 OPA187? 查看数据表、该运算放大器似乎对容性负载非常敏感、即使应用了隔离电阻器、也请参阅屏幕截图:

    该图仅涵盖高达600pF 的容量。 因此、我假设这是 OPA187的建议负载电容范围。

    相比之下、OPA237看起来更可靠、请参阅屏幕截图:

    在我们的应用中、增益设置为大约14。  

    谢谢。
    Daniel

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    Daniel、您好!

    请显示原理图。

    Kai

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    这是相关部分、我认为:

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    Daniel、您好!

    OPA237 在纯2.6 uF C 负载下肯定会不稳定。  但是、正如我 解释   过的、运算放大器必须通过添加非理想容性负载的 ESR 得到补偿。 当我运行一些 TINA Spice 仿真时、只需将几欧姆(3欧姆)的 ESR 添加到 C 负载即可显示 OPA237在具有足够相位裕度的情况下保持稳定。

    我想、如果 OPA237采用这种方式进行补偿、OPA187也可以得到补偿。 但是、当我使用 OPA187运行类似的仿真时、它在没有 ESR 的情况下是不稳定的。 添加 ESR 并不能真正 提供稳定的解决方案。 这当然与 OPA237双极输出级和 OPA187 CMOS 输出级设计的开环、复数输出阻抗(Zo)的差异有关。 因此、如果 ESR 取决于稳定、OPA187似乎不起作用。

    我对其他精密放大器低电流运算放大器进行了一些检查。 我对 OPA191和 OPA196 CMOS 运算放大 器运行了一些 sims、它们产生的相位裕度略低于 ESR 为3 Ω 的 OPA237、但在2.6 uF 负载下应保持稳定。 我在 TI.com 网页上查看了库存、并发现库存。

     在芯片短缺持续存在的情况下、许多常用运算放大器的可用性总是会出现一些问题。 本周可能会有一款特定运算放大器库存、但这可能会随时发生变化。 然后、某些器件的库存也在不断增加。 我建议您咨询您当地的 OPA237NA 经销商、了解他们对可用性的预测。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    大家好、

    感谢您的全面回答。 我非常感谢你在这一问题上所作的努力。

    在这里、运行仿真似乎很关键。 虽然我安装了 TINA-TI、但我尚未尝试。
    为了快速入门、您可以在此处提供用于 OPA237稳定性仿真的*。TSC 文件吗?

    谢谢。
    Daniel

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    Daniel、您好!

    请参阅随附的 TINA Spice 文件、该文件是我为 OPA237电路创建的、具有2.6 uF 负载电容。 可以更改反馈电阻以调整闭环增益。 RESR 是负载电容器的等效串联电阻(ESR)、可根据需要进行设置。 OPA191和 OPA196型号可替代 OPA237进行 额外的稳定性仿真。

    TSC 文件是 OPA237 TINA 仿真电路。 TDR 文件中包含 OPA237和 OPA196的增益/相位图。 我使用了0欧姆和3欧姆的谐振。 电容器的谐振越高、 相位裕度越高、但肯定太高、这就使得电容器不太理想。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程


    e2e.ti.com/.../OPA237_5F00_Cload_5F00_01.tdr

    e2e.ti.com/.../OPA237_5F00_Cload_5F00_01.TSC

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    Daniel、您好!

    我与 Thomas 的讨论:如果没有与压电电容串联的任何 ESR、电路将不可瞬态:

    e2e.ti.com/.../daniel_5F00_opa237.TSC

    许多压电式制造商建议为压电式添加串联隔离电阻、以提高电路的稳定性。 当总串联电阻为4R7时、电路将非常稳定:

    4R7是压电式的内部 ESR 与增加的隔离电阻之和。

    遗憾的是、当您增加增益时、添加隔离电阻并不能完全发挥作用:

    在这种情况下、您需要添加相位超前电容(C7)以提高相位裕度:

    许多压电式制造商也建议添加相位超前电容。

    因此、我想添加一个隔离电阻和一个相位超前电容。

    TLE2022可替代 OPA237、最终与小型负电源电压搭配使用、但前提是输出信号能够一直降至0V:

    e2e.ti.com/.../daniel_5F00_opa237_5F00_1.TSC

    有趣的是、OPA237和 TLE2022具有非常相似的短路保护。 这可能是您的应用的一个优势。

    Kai

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    尊敬 

    感谢您花时间提供额外的仿真结果。

    我将其中一个*。tSC 文件加载到 Tina-TI 中。 我不得不说、这个程序就像 Windows 3.1一样、很有趣。

    很高兴看到您的仿真 Thomas 和 Kai 都完全同意、尽管电路乍一看似乎有很大不同:

    为了更好地理解它们、我想知道 这个设计块在做什么:

    关于某些元件的值、我发现"1T"是电容器 C3的值(分别针对电感 L3)。 这并不是指"Terafarad"(分别为"Terahenry)、是不是?  

    谢谢。
    此致、
    Daniel

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    Daniel、您好!

    我直接向 OPAMP 的输入引脚介绍激励、并查看反馈环路返回的内容。 根据频率响应和相位响应、我可以直接确定相位裕度。

    由于反馈环路在输入引脚处打开、反馈环路不再看到运算放大器的输入电容("C4"、"C5"和"C6")。 因此、输入电容必须在外部"安装"。

    "L2"和"L3"闭合直流反馈环路、并允许 OPAMP 输入正确地进行直流偏置。

    "C3"提供激励的交流耦合、而不会影响 OPAMP 输入的直流偏置。 由于交流耦合即使对于最低频率"L2"、"L3"和"C3"也不可见、因此选择的是"无限"高电平。

    这种较为丰富的方法的优势在于、运算放大器的复杂输出阻抗也会被纳入计算中、这有时会成为一个问题。

    另请参阅以下有关稳定性的 TI 培训视频系列:

    https://training.ti.com/node/1138805

    [引用 userid="371165" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1177549/opa237-opamp-driving-piezo-request-for-alternative-opamp/4452174 #4452174"]我不得不说,此程序与 Windows 3.1类似,非常有趣。

    TINA-TI 允许在几分钟内运行仿真、我非常喜欢。

    Kai

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    谢谢 、这真的很有帮助。
    我一定要更深入地探讨 TINA-TI。  

    此致、
    Daniel