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一个5HZ正弦信号,用运放放大了4千亿倍,运行11个小时,发现信号的幅值缓慢的上升,请问这可能是什么原因,如何验证?

5HZ正弦信号,用运放放大4千亿倍后143mV,运行了一个晚上(11个小时),早上发现信号的幅值变成148mV了。

如果停机一段时间,再测,又会变成143mV。

电柜中空调一直正常运行。

这可能是什么原因?如何验证。因为有精度问题,我们希望信号幅度维持在143正负2mV左右变化。

  • AD采集是使用研华16位的AD采集卡。

  • 个人认为,外围电阻的精度,温漂,芯片散热,输入端是否耦合进噪音,PCB layout都有可能。

  • Kailyn Chen 说:

    个人认为,外围电阻的精度,温漂,芯片散热,输入端是否耦合进噪音,PCB layout都有可能。

    外围的电阻是千分之一精度、25PPM的,可调电阻是多圈电阻。

    芯片散热是放在电柜中采用空调冷却,电柜温度为32-35度。

    至于输入端是否耦合进噪音,如果不是持续检测,测一分钟停一下,再测一分钟幅值相对比较稳定。

    就是PCB板问题无法排查。有什么好方法吗?

  • 我认为你的电路根本无法工作,运放的失调电压典型值就已经有5个毫伏了,你没有隔直和调失调电压,这么大放大倍数电路不可能正常工作,请检查你的电路,或者把实际的电路发出来

  • jiaxin li1 说:

    我认为你的电路根本无法工作,运放的失调电压典型值就已经有5个毫伏了,你没有隔直和调失调电压,这么大放大倍数电路不可能正常工作,请检查你的电路,或者把实际的电路发出来

    原本两运放中间是有隔直电容的,100uf的无极性电解电容。后来发现波形只有一部分,不是完整的正弦波,当时用仿直电路模拟过了,是可以的。于是就把100uf的无极性电容值替换,0.1uf,22uf,50uf,1000uf,2000uf,200uf。但是无仍然无法使所有幅值的波形完整。最终就把隔直电容去除了。我2楼发的电路就是最终的电路。

    我的输入信号频率是固定5HZ,但是幅度并不是固定的。最小的一种输入是4级放大4千亿倍后只有6mV,大的4级4千亿倍放大后幅值有1V多。

    因为是测量仪器,有精度要求。

    但现在没有隔直电容,为了使直流分量不被放得很大,只能通过第三级的可调电阻调小放大倍数,从而使直流分量小些。

    目前最小那种4级放大后只有6mV的输入信号太小,使得信噪比很低,导致检测精度很受影响。

    另外我这电路有两路一模一样的通道,我把两个通道的输入和地全短接,发现A通道输出是从0.02mV到0.04mV变化,B通道输出是从8.53mV到8.56mV变化,没有输入输出不是应当为零,有偏置电流导致0.02mV的输出我能理解,但是8.5mV是什么情况。两通道电路完全一样,全是二楼的电路。

  • jiaxin li1 说:

    我认为你的电路根本无法工作,运放的失调电压典型值就已经有5个毫伏了,你没有隔直和调失调电压,这么大放大倍数电路不可能正常工作,请检查你的电路,或者把实际的电路发出来

    我前一楼说的输入短路后两通道有0.02mV和8.5mV的就是失调电压,这个值也确定是跟着温度上升而变化的。我如果要加上调失调电压的电路,那个从哪引一个正好的电压来抵消失调电压?

  • jiaxin li1 说:

    我认为你的电路根本无法工作,运放的失调电压典型值就已经有5个毫伏了,你没有隔直和调失调电压,这么大放大倍数电路不可能正常工作,请检查你的电路,或者把实际的电路发出来

    失调电压是在同相端接一个电阻就好了是吗?

  • 你所说的0.02mv到0.04mv之间变化是什么意思,是纹波最大最小值,还是随温度变化的直流电压?并且我认为(我没有计算)你的这个温飘的变化是由放大器的温飘造成的,我不太清楚你有没有热成像仪,如果有拿出来看芯片的表面温度,由表面温度和芯片的热导率推出结溫,由结温变化推出偏置电流,失调电压,和开环增益的变化,然后就能算出温飘的变化。

    同时我不建议你搭成这种简单的低通滤波器,应该做成窄带,并且你的要求精度很高,放大倍数又有这么大,可能应该考虑pcb的分布参数了。

    以上是我的初步方向,没有做过详细计算,有空了我好好看一下。并且我现在对你的应用方向很感兴趣,用来做甚低频通信的?

  • jiaxin li1 说:

    你所说的0.02mv到0.04mv之间变化是什么意思,是纹波最大最小值,还是随温度变化的直流电压?并且我认为(我没有计算)你的这个温飘的变化是由放大器的温飘造成的,我不太清楚你有没有热成像仪,如果有拿出来看芯片的表面温度,由表面温度和芯片的热导率推出结溫,由结温变化推出偏置电流,失调电压,和开环增益的变化,然后就能算出温飘的变化。

    同时我不建议你搭成这种简单的低通滤波器,应该做成窄带,并且你的要求精度很高,放大倍数又有这么大,可能应该考虑pcb的分布参数了。

    以上是我的初步方向,没有做过详细计算,有空了我好好看一下。并且我现在对你的应用方向很感兴趣,用来做甚低频通信的?

    这个电路是用来将传感器信号放大后,送入AD采集后写入到计算机。

    信号的频率是固定的5HZ。但幅值不是固定的。

    0.02mV到0.04mV之间变化是指某次AD采集出来的信号幅值是0.02mV,另一次采集出来的信号幅值是0.04mV,多次采集,信号幅值都在此间变化。此测试是在运放输入端短路的情况下测得。

    原本设计中3、4级之间有一个用高通滤波器,截止频率是5HZ的,和1、2级的反馈电容一起把5HZ的信号提取出来。但是那个高通滤波芯片中采用的是积分方式滤波,就导致前一个工件如果信号很大但后一个工件信号很小时会把大信号也积分到小工件的信号上。由于检测时间的要求,每个工件信号都是采集20个周期,但是这20个周期无法消除前一个工件的积分影响,这是我们无法接受的,所以就把高通滤波芯片去除。看实际结果也能提出5HZ的正弦波。

    目前测试结果看,信号最小的那个工件的检测结果受温度影响是最严重,初步估计是有效信号和失调电压差不多大小,目前准备重新设计过PCB板,并把那些调整电路加上。

    热成像仪我们没有,但是芯片摸上去烫手,这个要如何散热,我们电柜里打了空调了,虽然显示32-35度,但是芯片摸上去还是觉得烫手。看很多运放都没什么散热措施的,它们不发热吗?

    如果你有兴趣的话,可以加我QQ:14785984。

  • 这是我的计算,最极端情况下结温由25摄氏度到60摄氏度输出将偏出640多个毫伏,我建议你换一个温飘小的芯片,重点关注失调电压温度系数,偏置电流温度曲线,和开环增益温度曲线。对于失调电压调节建议选择有调节失调电压引脚的芯片。我没有qq号,微订了一堆公众号老是看,太占时间我就把微信给删了,不着急你就加一下我,等我装上的时候在加你,微信号LiJiaxin_1986。

  • 这是模型图

    下面是计算过程

  • 对了,因为算得是温漂,所以就没算上电容,算得是一级放大,可以看出在极端情况下是很严重的了,这也是我说你这个电路无法工作的原因

  • 上图是A通道和B通道正弦波幅值变化图。

    我们现在重新做了PCB板,双面铺铜,每级运放输出后面都加了电容,1、2级后面加了22uf的无极性电容,3、4级后面加了100uf的无极性电容,4级运放的正端都加上1M的可调电阻。

    我看到信号幅值随时间上升,尝试着调整正端的可调电阻,但是四级下来,幅值也仅有不到10mV的变化,这种趋势完全是由运放的失调电流因温度变化引起的吗?还是有其他原因?

  • 一个小时温度应该平衡了,不应该有这种趋势,你把你的电路图发过来。顺便你的采集卡会不会有问题?尝试一下采集卡的输入直接接50ohm电阻,然后其他状态一样看一下采集的数据。一般情况下半个小时温度就应该平横了,不应该出现这种趋势

  • 等等你的这个图最后七八分钟有平横的趋势,你多做几个小时看看

  • 打??的并联的没接,串联的短接。

    我也怀疑过AD采集,我拿信号发生器直接接AD采集,结果是一天后仍是一条直线且数值等于信号发生器的输出。由此得AD采集是稳定可靠的。

    后来测了14个小时,信号一直是上升的,最终上升了100多mV,电柜温度32度,芯片摸上去觉得热,但不会十分烫手,估计在40多度50度这样。

  • 失调电压不能这么接,你这种接法是用ib流过r54这样的电位器产生的偏压来补失调电压,ib和vos差不多都是温度高它也高的,你怎么能补上去?你就用带偏执引脚的放大器,别用这个了。你的放大电路是连着传感器测的还是输入接50ohm测得,如果是接传感器把传感器摘了接50ohm电阻在做一下,把曲线发过来看一下,以证明确实是电路的问题,你这个电路我感觉即使接的有问题温度平衡之后输出也就平衡了不应该在变了过后我在好好看看

  • 亲,是4X10^11倍放大吗?如是,你太走运了,理论上;143mV除以4X10^11后的值已经远小于器件噪音。

    对于你的问题,实际上是电位器老化过程。大气的成份变化足以导致这类机械接触电阻产生变化且有很大的随机性。建议先将所有前级电位器换成金膜电阻再试。

    金膜电阻特指黄金做成的金属膜电阻或合金片状电阻。普通金属膜电阻不在可选范围。

  • XP 说:

    亲,是4X10^11倍放大吗?如是,你太走运了,理论上;143mV除以4X10^11后的值已经远小于器件噪音。

    对于你的问题,实际上是电位器老化过程。大气的成份变化足以导致这类机械接触电阻产生变化且有很大的随机性。建议先将所有前级电位器换成金膜电阻再试。

    金膜电阻特指黄金做成的金属膜电阻或合金片状电阻。普通金属膜电阻不在可选范围。

    我们考虑过热胀冷缩,把原本的单圈电位器换成了多圈电位器。

    你所说的金膜电位器是下图这样的吗?

    黄金做成的金属膜电阻或合金片状电阻是什么样外观的,我找到的都是下图这样子的。

    下面这种的行不行?

  • 我后来又重新上电测了一天半,输入是用信号发生器,200mV的幅值5HZ频率,三个电阻1M,1M,1K串联,然后从1K电阻两端取信号送入运放电路。

    波形如下。

    A通道

    B通道

  • 看到你的电路我下了一大跳,不知道还可以这样放大,你确定你得到的数据是想要的吗,先不用想温漂,因为你的温度最终是要稳定下来的,而输出一直漂,他俩在趋势上是不统一的,不用再深入分析了,我认为是基线被rc充电抬升了,不过这都不重要,重要的是你这电路测的结果估计不是你要的,在这种情况下,这个基线漂不漂已经不重要了

  • 亲;这就是害你没商量的东东。这种合格的电位器是用多圈铁镍丝等电阻合金材料做的。而滑动头是镀银紫铜,引出线是镀锡黄铜。这些金属接触在一起;就会构成热电偶效应。随温度变化,触头和被接触物间就会有微弱的热电动势和热噪音出现,加之静止后的银硫化进程和热微流等因素;出现类似布朗运动规律的噪点。所以;建议至少用固定电阻代替这种机械电位器。

    其实任何不同金属的接触和氧化过程都会导致噪音。这也是要你换黄金膜电阻的原因。由于这种电阻端头是镀金的、电阻体也是黄金的且及其不易氧化,能从本质上消灭热噪音问题。因应用特殊;这种电阻都是定制的;价格也非常昂贵。市场上根本看不到,亲不知道也有情可原。

  • 重新换了一个芯片。

    现在变成这个样子了。

    http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/139521.aspx

  • 抱歉,我们民体系检查,一直没来得及看,你现在做到什么程度了,如果还不是特别理想,方便描述一下你的源的细节么,我搭一下试试