高手请进，仪表三运放，板子之间差异大如何解决

zhf93139

电路原理图如上图。C6位置输出电压，不同板子差异较大。实测431处输出很稳定。请高手看看，可能是什么问题？

locky_z

LM2902是单电源工作吗？前面两个是跟随器，能输出这么低电压吗？

矩阵时间

哇，这板子的电阻值钱啊

zhf93139

locky_z 发表于 2022-2-23 21:45
LM2902是单电源工作吗？前面两个是跟随器，能输出这么低电压吗？
(引用自3楼)

LM2902是单电源工作。

输出低电压什么意思？

t3486784401

这板子充斥着诡异：
R16、R17配合2.5v的431，应该稳定在5.0v左右，这样VCC=5就让R15无所适从；
2902运放的共模输入、输出勉强能支撑到0v，但最终C6输出按逻辑是得有伏电压，但显然供电达不到

locky_z

你的运放输入大概是5/22=0.23V，前面两个是跟随器，理应输出0.23V，
但你现在是单电源供电，其内部结构未必能稳定输出低于0.7V的电压。

zhf93139

locky_z 发表于 2022-2-23 22:08
你的运放输入大概是5/22=0.23V，前面两个是跟随器，理应输出0.23V，
但你现在是单电源供电，其内部结构未必 ...
(引用自7楼)

这个电路目的是为了将电桥上R12和R10之间的电压差放大之后输出。

zhf93139

t3486784401 发表于 2022-2-23 22:06
这板子充斥着诡异：
R16、R17配合2.5v的431，应该稳定在5.0v左右，这样VCC=5就让R15无所适从；
2902运放的 ...
(引用自6楼)

实测稳定输出4.19V左右。需要这个电压4.19V电压。

t3486784401

zhf93139 发表于 2022-2-23 22:35
实测稳定输出4.19V左右。需要这个电压4.19V电压。
(引用自9楼)

这电压表明 U1C 已经进入非线性段了，运算特性随之丧失

zhf93139

t3486784401 发表于 2022-2-24 00:14
这电压表明 U1C 已经进入非线性段了，运算特性随之丧失
(引用自10楼)

好的，我调整下看看。感谢指点。

redroof

用三个普通运放加电阻来搭仪放的性能很差的，没多大意义。而且你用再好的运放也不行，实际cmrr取决于电阻匹配的比率。准确来说，CMRR是电阻匹配比率的一半。比如你千分之一的电阻，那么CMRR最好也就1/500

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 08:39
好的，我调整下看看。感谢指点。
(引用自11楼)

想用省钱的自己搭三运放的仪放电路，你应该先列岀预计的共模电压范围，以及信号电压的范围，还有你预计的精度。
先简单算一下有没有可行性，没有可行性就不用做了。连仿真都不需要，手算就行。cmrr就取1/500。
仿真没法仿比较坏的情况。

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 10:32
想用省钱的自己搭三运放的仪放电路，你应该先列岀预计的共模电压范围，以及信号电压的范围，还有你预计的 ...
(引用自13楼)

我这个不是用于仪表放大电路的，是用于温度传感器，ADC电路

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 10:39
我这个不是用于仪表放大电路的，是用于温度传感器，ADC电路
(引用自14楼)

仪放的用途就是为了消共模电压嘛。
问题是它消除共模电压的能力就取决于自己的电阻匹配精度。在需要一点精度的场合，1/500都太差了不是一个合适的值。
在你的电路里，就是你说不同板子的差异很大。
还有LM2902等于常用的358，也是基本上最差的运放了。
既然要求不高，用差运放，就没必要搭这种复杂电路啊。再高级的电路配上差的运放也是差的，岀力不讨好。
你直接列岀你的需求吧，你希望做到什么参数。大家给你算一个简单够用的电路。

你希望做到的参数，举例：
我的电桥传感器的共模电压范围是xxx V，信号电压范围是 xxx mV，希望做到的放大输出范围是xxx V，要求精度是 xxx mV或者 xx%相对精度。

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 10:51
仪放的用途就是为了消共模电压嘛。
问题是它消除共模电压的能力就取决于自己的电阻匹配精度。在需要一点 ...
(引用自15楼)

是的。非常感谢。

输入的电压是：2.585mv-61.157mv，希望输出范围是：0.00v-2.00V。要求精度是：0.5%。
不知道如何优化，感谢。

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 11:21
是的。非常感谢。

输入的电压是：2.585mv-61.157mv，希望输出范围是：0.00v-2.00V。要求精度是：0.5%。

(引用自16楼)

输入的共模电压范围呢？
也就是这俩输入端只看单个，它的电压范围

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 11:44
输入的共模电压范围呢？
也就是这俩输入端只看单个，它的电压范围
(引用自17楼)

固定的那端163mv。另外一端：166mv-225mv。不同板子差异化不大于15mv。

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 12:41
固定的那端163mv。另外一端：166mv-225mv。不同板子差异化不大于15mv。
(引用自18楼)

如果共模电压这么低，你用358搭个差分放大器也无所谓了，反正也不需要多少共模抑制比。
问题应该就两点:
一是上面有人说过的，431的分压电阻不对，上面的分压电阻要减一半，让它输出3.75左右就差不多了。然后上面串联电阻从1k减小到100欧，不要忘了431的工作电流得10mA，然后压降才1v多一点，那么这个串联电阻就得100欧了。
二是那两个跟随器的输出端，都需要对地接个10K电阻，增强小电压的输出能力，不然它输出不了太小的电压。
按这样改了应该就能用了。因为358的vos还是不小的，反正你输入电压的差异化就不小，总是得每个板子单独校准的，校准的时候顺便也可以消掉运放的vos和电阻比例误差。共模抑制能力就不用管了，才几倍。

zhf93139

t3486784401 发表于 2022-2-24 00:14
这电压表明 U1C 已经进入非线性段了，运算特性随之丧失
(引用自10楼)

感谢指点

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 13:10
如果共模电压这么低，你用358搭个差分放大器也无所谓了，反正也不需要多少共模抑制比。
问题应该就两点:
...
(引用自19楼)

非常感谢。

431的问题已经优化了。

运放的问题我可能没有说清楚。
对于每一个时刻的，输入两端都是固定的。比如：U1A输入163mv(这个输入是一直不变的)，U1B输入是225mv（这个是变化的，但是对于每个时刻来说是不变的，对于每个板子该时刻是不变的），此时不同板子U1C输出的差异是比较大的，需要解决这个问题。

谢谢。

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 13:46
非常感谢。

431的问题已经优化了。

(引用自21楼)

U1A和U1B的输出接个10K对地电阻，接了没？
然后请把你的运放的手册里面的vos指标写岀来，应该就看岀问题了

看不到你回答？？
那我替你回答了，LM2902标称vos是典型3mv，最坏7mv
你用了3个，合起来最坏情况的总vos就是3*7=21mv
信号自身是60mv，但是运放的零点误差已经有信号的1/3了
当然你如果能做出厂校准，这也不是大问题，反正很多电桥传感器自身的初始误差都很大的，总得自己做校准。顺便连运放的零点一起消掉就是了。

不想校准自己运放的零点误差，就换个好一点的正规仪放吧。比如AD8226，自身vos只有100uv最大值，典型值更小。对你60mv的信号电压完全可以忽略不计。

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 14:22
U1A和U1B的输出接个10K对地电阻，接了没？
然后请把你的运放的手册里面的vos指标写岀来，应该就看岀问题 ...
(引用自22楼)

你好。

我才修改好电路，测试完成。图中是测试的结果。

你推荐的运放对于我们这个项目来说，价格太高太高。

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 19:52
你好。

我才修改好电路，测试完成。图中是测试的结果。

(引用自23楼)

那就行了啊。
按计算值，运放零点的误差还要高的多。你这已经够好了。
告诉我你的运放是什么型号？除非你做过软件校准，不然只靠2902不会那么好
补充:看你每个板子之间的互差，大致是数据的10%，那也说得过去。信号60mv，运放零点带来的误差就是6mv，每个运放都是典型值3mv是有可能的

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-24 20:36
那就行了啊。
按计算值，运放零点的误差还要高的多。你这已经够好了。
告诉我你的运放是什么型号？除非你 ...
(引用自24楼)

这是实测的电压值，没有软件处理。就是LM2902

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-24 20:58
这是实测的电压值，没有软件处理。就是LM2902
(引用自25楼)

每一行是一种测试条件吗？分别是什么条件？

WUWEWU

楼主乱搞，设计电路图不经过估算吗？5V的电源，你打算让431输出几V？阻值对吗？，运放单电源，0.3V以下确定能不失调？

modbus

用2902这种运放，放大倍数还50倍，还想差异不大

redroof

modbus 发表于 2022-2-24 22:08
用2902这种运放，放大倍数还50倍，还想差异不大
(引用自28楼)

其实差异不来自于倍数。再差的运放，倍数也是准的，因为倍数由电阻决定。
问题来自运放的vos

modbus

redroof 发表于 2022-2-24 23:12
其实差异不来自于倍数。再差的运放，倍数也是准的，因为倍数由电阻决定。
问题来自运放的vos
...
(引用自29楼)

输入失调电压的差异，会通过放大倍数体现在输出上，放大倍数越大差异就越大

redroof

modbus 发表于 2022-2-25 10:29
输入失调电压的差异，会通过放大倍数体现在输出上，放大倍数越大差异就越大 ...
(引用自30楼)

这不是问题。因为你总是对vos和有效信号同时放大的。
只需要计算vos和有效输入信号的比例就行了。如果vos已经比有效信号小很多倍了，那么你放大多少倍也还是小这么多啊。放大倍数一点也不影响vos造成的误差。
你说的意思应该是，既然已经需要放大这么多倍了，就表示有效信号很小，相对来说vos的影响就大了。关键是有效信号很小。

yanyanyan168

22楼的误差，经过软件校准可以解决，redroof大神说的很清楚了

redroof

yanyanyan168 发表于 2022-2-25 11:49
22楼的误差，经过软件校准可以解决，redroof大神说的很清楚了
(引用自32楼)

vos和倍数误差对同一个板子都是确定的，可以用软件校准来消掉。但是便宜运放的温漂是消不掉的，只能用钱来换。至于电阻的温漂你已经用千分之一电阻了，正常都是25ppm的，对你的精度已经够了。
现在是冬天，室温是偏低的，你可以用吹风机的热风吹一下你的板子，特别是运放，看看输出值会变多少，是不是你能接受的，就差不多了。

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-25 12:21
vos和倍数误差对同一个板子都是确定的，可以用软件校准来消掉。但是便宜运放的温漂是消不掉的，只能用钱 ...
(引用自33楼)

vos和倍数误差对同一个板子都是确定的，可以用软件校准来消掉。

这个软件怎么校准，需要每个板子都要校准吗？

希望大神给指点指点

redroof

zhf93139 发表于 2022-2-25 15:22
vos和倍数误差对同一个板子都是确定的，可以用软件校准来消掉。

这个软件怎么校准，需要每个板子都要校 ...
(引用自34楼)

每个板子校准的时候，你外部提供标准的量程下限信号和量程上限信号，然后自己程序记住这两种情况下的输出值就行了。
很多电桥传感器实际上要连传感器一起校准的。比如做称的就得给称上放已知重量的砝码，然后记住每个重量对应的AD值，而不是简单的拿个电压信号模拟传感器。
你这个传感器我也不知道互换性如何，大部分我感觉都是没有互换性的，传感器就是你设备的一部分。
所以你是连传感器带放大电路一起校准了。这种情况下你用再好的仪放也没区别，反正还得一样的校准传感器。

gwj221

先把输入信号垫0.5v的共模电压 在输出端用差分方式干掉0.5v的共模

redroof

gwj221 发表于 2022-2-25 16:31
先把输入信号垫0.5v的共模电压 在输出端用差分方式干掉0.5v的共模
(引用自36楼)

不需要。
最便宜的324/358这些单电源运放，其实在接近0输入的时候性能还行的。LM290X等于324

zhf93139

redroof 发表于 2022-2-25 16:18
每个板子校准的时候，你外部提供标准的量程下限信号和量程上限信号，然后自己程序记住这两种情况下的输出 ...
(引用自35楼)

好的，了解了。非常感谢。