设计一个仪表,需要输出隔离4-20ma电流,因此用单片机产生pwm,然后经过光藕来实现隔离目的。隔离后的pwm经过rc低通滤波可以滤出直流分量。
在pwm和rc低通之间有一个跟随器,用于提供rc滤波所需要的较低的输出阻抗。
问题就出在这个跟随器上。
电路如图,极其简单,358运放做一个跟随器,输入是占空比20%~80%的pwm方波,频率260hz,幅度0/2.5v
358电源电压24v(358可以单电源工作)
然而问题出现的也是极其古怪:
当占空比<50%的时候,跟随器工作正常,输入输出波形完全吻合(左图)
当占空比>50%的时候,波形变成下面的奇怪的样子 (右图)
图2
在输入为0的时候,输出并不能跟随输入也为0,而是大约0.6~0.7v的一个恒定电压,而且,如果占空比继续增大,这个电业也会随之增大
但占空比<50%的时候,这个电压突然消失,输出又能很好的跟随输入了(如图2左图)
百思不得其解。
358的特点是可以单电源工作,我经常用358做跟随器,一直都没有出现过任何问题,10k的频率也能跟上,况且这个电路是低频小信号,输出负载22k,只有微安级。
检查电路,换片子,故障依旧。
郁闷了一下午,直到后来仔细分析了358的内部电路,才茅塞顿开……
这个跟随器和以前用358做的跟随器最大的区别点在于:因为电容的电压不能突变,在pwm输出0的时候,运放的输出端要“倒灌”进电流。
这是358运放内部的输出级电路;
在双电源供电情况下,推挽级的q13用于负半周电压的输出以及灌电流的吸收。
在单电源条件下,这个管子的ce将无法导通。这并不影响正常的电压输出。但如果存在电流倒灌,情况就另当别论了:
当灌电流较小,途中的50ua恒流源可以将其吸收,如图中红色a线
当灌电流较大,大于50微安,恒流源无法完全吸收,剩余的电流经过q13
的e->b,再经过q12泄放,(图中蓝色b线)这样输出脚电压相当于1个pn结压降加上ce饱和电压。因为电流较小,所以大约0。6v左右。
再看rc滤波器,
当占空比<50%的时候,c上的电压小于1。2v,经过22k的电阻,到灌电流小于50ua。因此横流源可以完全吸收,输出约等于0
当占空比>50%的时候,c上的电压大于1。2v,经过22k的电阻,倒灌电流大于50ua。恒流源无法完全吸收,输出约等于压降0.6v
所以,很容易得到解决办法是358输出端对地接一个360欧姆电阻,一切都正常了