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[参考译文] TINA/Spice/OPA548：OPA548仿真出现问题

admin
Guru**** 2561330 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, OPA548, OPA548EVM

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/686563/tina-spice-opa548-problem-with-the-opa548-simulation

器件型号：OPA548
主题中讨论的其他器件：TINA-TI、、

工具/软件：TINA-TI 或 Spice 模型

您好！

我正在尝试进行校准、因此我必须使用函数发生器的正弦信号。 我的发生器可以提供高达200mA @10V p 的信号、但如果可能、我当然会尝试使用更少的电流。  我的"电气负载：0、35欧姆"需要高达 +-1、2 A 的电流、这相当于50Hz 下的+-0、5V (即电压限制)。 所以我的第一个想法是使用 LM 1875、它与一个电气变压器1/20连接、然后使用发生器、我就能够在我想要的位置设置电压。 这个想法是可以的、它工作 正常、至少在仿真级别。 下一个想法是使用增益为1的 OPA548。  因此、我使用 TINA 进行了一个仿真 、该仿真没有给出我希望看到的结果、为了更准确地说、输出似乎比输入高一点。 在这种情况下、获取此信号的 IC 将被销毁(仅允许高达+-0、5V 的电压。 是否有人告诉我我我的仿真是否有问题。  
这是我的电路和输入/输出。

 

正如您看到的、VM2输出略大于不应该发生的 VG1。
更多的东西--在数据表中，可以找到我仿真的应用示例图26，它实际上就是我需要的。 还有一个电阻器(Riso)。 该电阻器的用途是什么？

此致、
乔治   

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    TI__Guru**** 2561330 points
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    尊敬的乔治：

    我已经使用您的电路运行了 TNIA-TI 仿真、看不到任何振幅误差。 我唯一看到的是叠加到交流输出信号上的大约5mV 的失调电压。

    Kai
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    TI__Guru**** 2561330 points
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    您好 Georgios、

    我已在您的帖子中附上差分放大器的 TINATI 原理图。  

    在瞬态分析中 、输出波形与输入的比率为1：1。  偏移以输出为基准、大约为5.4mV。  这是因为、如果建模为内部直流源(OPA548模型的偏移 RTI 大约为+/-2.7mV)、则偏移连接到运算放大器的输入(+IN)。  

    当 OPA548连接到无功负载时、Riso 用于稳定性补偿。

    此致、

    Errol Leon

    德州仪器公司

    精密放大器应用

     e2e.ti.com/.../OPA548_5F00_Difference_5F00_Amp.TSC

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    TI__Guru**** 2561330 points
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    您好！


    非常感谢您对 Errol 和 Kai 的帮助。 最后一个问题是、如果可以将 OPA 548用作电流源解决方案、如果可以、上述解决方案是否可行？如果不可行、您的建议是什么？

    此致、
    乔治

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    TI__Guru**** 2561330 points
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    这话什么意思？

    Kai
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    你好！！

    例如、在数据表的第18页上有一个电压源原理图的说明。 还有针对电流源的解决方案，这意味着我可以将电流设置为我想为电路供电的特定电流值，例如，能够提供高达1A 的电流，理想情况下具有非常高的精度。

    此致、
    乔治
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    TI__Guru**** 2561330 points
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    您好、George、

    好的、我采用了 OPA548数据表 PG.18中显示的电压源概念、并将其发展为精密电源电流源。 它使用与电流 限制电路相关的内部4.75V 基准作为输入电压基准。 您可以看到以下结果。

    由于 OPA548输出级在 V-电源设置为0V 的情况 下无法摆动到0V、因此添加了 R2以使其保持在线性范围内。 电阻器是必需的 、但 如果值过高、可能会消耗大量功率。

    这是我的 TINA 仿真文件：

    e2e.ti.com/.../OPA548_5F00_pwr_5F00_Isource_5F00_01.TSC

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    乔治

    我们尚未收到您的回复、因此我们假设您的问题已经得到了解答。 如果不是、请在下面发布另一个回复、或者如果这个线程超时、创建一个新线程。

    谢谢
    Dennis
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    TI__Guru**** 2561330 points
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    我想创建一个电流源、可以根据发生器的电压调节输出电流。 该信号为正弦信号：0.5 sin (100πt)(V)、在其最大值处、它应该能够提供高达1、2、1、5安培的电流。 遗憾的是、我的电路用作电压源。
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    尊敬的 Thomas：

    很明显、上述电路不能用于我的应用、因为我需要按照我的说明调整电流输出、从而调节最大为0.5V 的正弦信号输入信号

    此致、
    乔治
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    TI__Guru**** 2561330 points
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    您好、George、

    我们遇到了一些通信问题、但现在我想我更好地理解了您的需求。 看看改进后的 Howland 电流泵电路。 它提供您所需的电压至电流(V-I)功能。 可以 向 OPA548输入施加交流电压、 并为高电流负载提供相应的交流输出电流。 您只需确保功率运算放大器 具有足够的电压顺从范围、以满足流经负载的预期电流。

    OPA548 EVM 文档在第7节中讨论了改进的 Howland 电流泵。  该电路可设计用于特定的输入电压范围和输出电流。  您可以在此处找到该文档：

    www.ti.com/.../sbou132.pdf

    此外、有关改进型 Howland 电流泵在线版的信息非常多。 搜索名称应该会显示很多有趣的链接。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    Hallo Thomas、

    我认为这是我要寻找的答案。 我将尝试它、我将告诉您。  

    此致、
    乔治

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    您好、Georgios、

    电压源的电路有什么问题？ 这是致命的简单的……

    Kai

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    尊敬的 Thomas：

    我尝试做一些当然不是很精确的事情、因为我没有高精度电阻器。 不过、我尝试使用1欧姆(25W)(而不是我的应用中的150m 欧姆)进行仿真、并且在10V 输入电压下、输出应高达1A。 遗憾的是、它可以提供高达200mA 的电流、OPA 548达到了预期的温度。 我想知道它是与我制作的原型有关、还是与我的设计有关。 您将找到我的仿真。 电阻器 RHCP 为10欧姆、电阻 RF+为9990欧姆。 这是否会有问题？ 无论如何、我的想法是使用 TI 的评估板来测试它、它具有正确的电阻器、高精度的电阻器和适当的接地层、相信这是唯一的问题、但我仍然有疑问、因为200mA 远低于1A、 即使它只是一个原型。 你怎么看？  我也不知道如何提高 y 轴的精度，也不知道 当我进行模拟.e2e.ti.com/.../CAL_5F00_OPA548_5F00_Howland_5F00_Current_5F00_Pump_5F00_Schematic_5F00_1_5F00_Ohm.TSC 时，如何在图中看到一些特定点及其值

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    您好、Georgios、

    仿真正常、我可以看到1A 的电流流经 R1。

    但是、由于电源电压高达+/-20V、您的芯片将会严重发热。 必须耗散高达9W 的功率。 希望您有一个孔隙散热器...

    Kai
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    您好 Kai，

    非常感谢您的帮助。 我已经使用实验室中已有的器件准备了一个"原型板"。 正如预期的那样，IC 非常热，但根本没有散热器。 我正在尝试找出我的电路是否有问题或严重问题、希望评估板 OPA548EVM (以及非常精确的 RHCP 电阻器)能够解决我遇到的问题。 您在这里看到了什么关键吗？

    此致 George
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    您好、Geogios、

    在任何情况下、我都会将电源电压降低至+/-15V。 这将大大有助于减少散热。 不过、您仍需要足够的散热器！

    Howland 电流源因其稳定性问题而闻名。 这是因为它包含一个正反馈环路。 因此、使用某种相位超前补偿总是明智的。 如果您的负载包含一些负载电容、情况尤其如此。 确切地知道负载应具有的负载电容非常重要。 因为这样、您就可以通过精心选择的相位超前电容正确补偿引入的相位滞后。

    您的负载到底是什么？ 它是完全阻性的吗？

    Kai
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    TI__Guru**** 2561330 points
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    e2e.ti.com/.../CAL_5F00_OPA548_5F00_Howland_5F00_Current_5F00_Pump_5F00_Schematic-.TSCHelloKai、

    OPA548的输出采用 WE 74279218型铁氧体、直流电阻为100m Ω 、非常前置的电阻为150m Ω 、具有两个滤波器。我的 IC 测量150m Ω 电阻器的电压、 因此、需要能够提供高达1A 的电流、并在需要时稍高一些。 我也意识到、电路也可以在15V 时保持稳定。 另请参见我附加的电路

    乔治-

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    您好、Georgios、

    是否存在最小的负载电容？ 您能否估算最大负载电容？ 我举一个例子：有时扼流圈或电磁阀由 Howland 电流源驱动、设计人员会惊讶于扼流圈上可能存在很多绕组间电容。 只有添加合适的相位超前电容、设计才能保持稳定。

    Kai
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    尊敬的 Kai：

    有2个电容器(当然是滤波器的2个电阻器)与其余电路并联，这意味着：2个2，2nF，因此总共4，4nF。
    这意味着："只有添加合适的相位超前电容、设计才能保持稳定。" ？？？

    乔治
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    您好、Gergios、

    您能否绘制包含电路所有组件的原理图？ 包括所有滤波器、所有扼流圈和所有电容？

    Kai
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    e2e.ti.com/.../CAL_5F00_OPA548_5F00_Howland_5F00_Current_5F00_Pump_5F00_Schematic_5F00_Out-to-ADE7880.TSCHiKai、

    您将找到该电路。

    乔治-

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    VM1应该是我的 IC "读取"的电压。
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    您好、Georgios、

    啊、好的。 R1是铁氧体磁珠、对吧？

    Kai
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    您好、是的、它是 WE74279218
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    您好、Gergios、

    我做了一些仿真。 事实证明、铁氧体磁珠会破坏电路稳定：

    第一个仿真显示了电路的阶跃响应。 激励信号是幅值为10V 的10kHz 方波。

    第二个仿真显示了简化的相位稳定性分析。 如您所见、相补角被严重侵蚀。

    我建议省略铁氧体磁珠：

    然后、我将添加一个47pF 的相位超前电容、以进一步恢复相位裕度：

    还有其他方法可以提高稳定性(改变反馈电阻器比率、增加负载电阻等)。 但这里没有进行仿真。

    Kai

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    您好 Kai、

    首先、我要感谢您、其次、我不知道是否必须提及高达50Hz 的信号。

    此致、
    乔治
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    您好、Georgios、

    如果电路显示出任何不稳定性、您会告诉电路："嘿、电路、您只是50Hz 应用。 您不得在500kHz 时振荡！" 芯片会立即停止振荡。 哈哈哈……

    即使是纯直流应用、如果在 OPAMP 增益大于1的频率下相位裕度受到侵蚀、电路也会开始振荡。 电路不稳定时、任何在频率处有能量的信号都会激发不稳定。 这可能是电源电压加电、甚至是噪声。 振荡甚至可以从最小的激励开始。

    阶跃响应是一种将此类不稳定性可视化的常见方法。

    Kai

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    您好、Georgios、

    Kai 为确保改进后的 Howland 电流泵电路在您的电路中保持稳定提供了非常好的指导。 他完全了解 OPA548是否需要适当散热。 如果 OPA548过热、它将进入热关断状态。

    如果看起来我可以为讨论做任何贡献、我将跳回讨论！

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    大家好、

    非常感谢您的帮助。 今天、我尝试了一些不同的东西、最后我获得了我想要的电流。 我  在开始时将信号发生器和 OPA548引脚(1)之间的电阻 R5替换为0欧姆、之后替换为0欧姆、工作正常。 当然、器件在一段时间后不稳定、因为我无法在这里安装任何散热器。 在图10中、评估板 EVM OPA548的数据表第16页是一个电路。 使用不同的电阻器 R5值会导致： 原型的功能与预期完全相同，但为了保持低温，我必须使用冷空气，否则它不稳定，其次当我模拟电路时，只有当电阻器 R5的值为10k 时，我才会获得正确的输出。 为什么会发生这种情况？ 我用5k 连接了电路。

    此致、
    乔治  

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    我的意思是它根本不应该工作、但它可以...
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    您好、Georgios、

    当您降低 R5时、OPA548的输出电压将进入饱和状态。 这使得 OPA548的散热性能下降了一点、因为 OPA548上的压降更小。 因此、芯片加热速度较慢、热关断会在稍后发生。 这使得您的电路看起来工作正常、至少可以工作一小段时间。 但当然、OPA548不再正常工作、因为更改 R5会破坏 Howland 电流源的拓扑。

    请提供足够的散热器！ 如果芯片反复运行到热关断状态、则所有测量都没有太大意义。

    将一块厚金属安装到 OPA548的冷却翅片上。 这也可以用作散热器。 至少、您可以从这块金属的热容量中获益。

    Kai
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    您好 Georgios、

    请记住、改进后的 Howland 电流泵采用负反馈和正反馈。 这一点在泵的电路原理图中很明显。 泵的设计限制应导致可预测的 V 至 I 行为、并在电阻负载下保持稳定。 但是、如果偏离电路限制、则其行为和稳定性会受到影响。

    下面我提供了一些有关改进型 Howland 电流泵的基本详细信息。 如果您将您在电路中使用的值代入 IL 公式、它应该会产生您可以从电路中得到的电流。 也就是说、将输入电阻器 R1从10k 更改为5k、这与 R1等于 RZ 的标准电流泵配置有很大不同。  

    在某个时候、我们需要完成此 E2E 主题。 如果您拥有推进项目所需的所有信息、那么现在是关闭此主题的好时机。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    Georgios

    我们尚未收到您的回复、因此我们假设您的问题已得到解决。 如果没有、请在下面发布另一个回复。

    谢谢
    Dennis
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    大家好、

    我使用评估板进行了相同的配置、老实说、一切都按预期工作、但这里有一些关键因素。 使用示波器时、我意识到当我使用10欧姆电阻器(负载电阻器)时、输入和输出信号之间存在非常轻微的相位差(9deg)、而此时我不知道如何消除此相位差。 有人有什么想法吗？

    此致、
    乔治-   

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    Georgios

    这是否回答了您的问题？ 如果没有、请在下面发布另一个回复。

    谢谢
    Dennis