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從一個跟隨器的奇怪現(xiàn)象深入分析下去……
設(shè)計一個儀表,需要輸出隔離4-20mA電流,因此用單片機產(chǎn)生PWM,然后經(jīng)過光藕來實現(xiàn)隔離目的。隔離后的PWM經(jīng)過RC低通濾波可以濾出直流分量。在PWM和RC低通之間有一個跟隨器,用于提供RC濾波所需要的較低的輸出阻抗。
問題就出在這個跟隨器上。
電路如圖,極其簡單,358運放做一個跟隨器,輸入是占空比20%~80%的PWM方波,頻率260Hz,幅度0/2.5V
358電源電壓24V(358可以單電源工作)
然而問題出現(xiàn)的也是極其古怪:
當(dāng)占空比<50%的時候,跟隨器工作正常,輸入輸出波形完全吻合(左圖)
當(dāng)占空比>50%的時候,波形變成下面的奇怪的樣子 (右圖)
圖2
在輸入為0的時候,輸出并不能跟隨輸入也為0,而是大約0.6~0.7V的一個恒定電壓,而且,如果占空比繼續(xù)增大,這個電業(yè)也會隨之增大
但占空比<50%的時候,這個電壓突然消失,輸出又能很好的跟隨輸入了(如圖2左圖)
百思不得其解。
358的特點是可以單電源工作,我經(jīng)常用358做跟隨器,一直都沒有出現(xiàn)過任何問題,10K的頻率也能跟上,況且這個電路是低頻小信號,輸出負(fù)載22K,只有微安級。
檢查電路,換片子,故障依舊。
郁悶了一下午,直到后來仔細(xì)分析了358的內(nèi)部電路,才茅塞頓開……
這個跟隨器和以前用358做的跟隨器最大的區(qū)別點在于:因為電容的電壓不能突變,在PWM輸出0的時候,運放的輸出端要“倒灌”進電流。
這是358運放內(nèi)部的輸出級電路;
在雙電源供電情況下,推挽級的Q13用于負(fù)半周電壓的輸出以及灌電流的吸收。
在單電源條件下,這個管子的CE將無法導(dǎo)通。這并不影響正常的電壓輸出。但如果存在電流倒灌,情況就另當(dāng)別論了:
當(dāng)灌電流較小,途中的50uA恒流源可以將其吸收,如圖中紅色A線
當(dāng)灌電流較大,大于50微安,恒流源無法完全吸收,剩余的電流經(jīng)過Q13
的e->b,再經(jīng)過Q12泄放,(圖中藍色B線)這樣輸出腳電壓相當(dāng)于1個PN結(jié)壓降加上CE飽和電壓。因為電流較小,所以大約0。6V左右。
再看RC濾波器,
當(dāng)占空比<50%的時候,C上的電壓小于1。2V,經(jīng)過22K的電阻,到灌電流小于50uA。因此橫流源可以完全吸收,輸出約等于0
當(dāng)占空比>50%的時候,C上的電壓大于1。2V,經(jīng)過22K的電阻,倒灌電流大于50uA。恒流源無法完全吸收,輸出約等于壓降0.6V
所以,很容易得到解決辦法是358輸出端對地接一個360歐姆電阻,一切都正常了
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