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LM2904: 该型号运放搭建的一个输入带上拉偏置的减法器电路,在前端输入差分信号低于约1.5V后,失去负反馈调节能力

Part Number:LM2904Other Parts Discussed in Thread: LMC6482, LM258, TLV2372, TINA-TI,

我用LM2904搭了个减法器,当作差分放大使用,单电源+12V供电。现在发现一个不理解的现象,已经困扰一周多了。

正常现象:当把上拉12V的两个18k电阻跟12V断开时,输入差分0V,输出也几乎0V;上拉接上后,输入差分高于1.5V,输出都正常;

奇怪的现象:两个18k电阻上拉接上后,当输入差分低于1.5V后,输出就停在0.68V,不再往下走,量了一下反相端对正相端电压差已经过大了,在输入差分减到0V时反相端对正相端电压差最大达到了约300mV,像是已经失去调节能力了。

同样的外围电路,试了LM258/358都发生了同样的问题,而更换成ADI_AD8567, TI_TLV2372, TI_LMC6482这些rail-to-rail的运放,都没有这个问题发生。

我认为这个问题跟是否为rail-to-rail没有关系。但是没弄明白原因,现在还是想用普通的运放,但是首先得弄明白原因,然后再看解决方案。谢谢

Kailyn Chen:

当压差低于1.5V时,正向端和反向端的电压分别是多少?

LM2904的输入电压可以达到负压轨,但是输出不能轨至轨,所以像您提到的输出停在0.68V不能往下走,这个是和rail to rail有关系的,因为LM2904的输出达不到负压轨0V。

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Daniel Wu:

您好!

目前我的测试电路上安装的是同系列的LM258,测试结果很相似,输出电压在0.63V不能在往下走,当电路的输入端压差为0V时,输出的正相端和反相端分别是4.90V和5.20V(反相端高于正相端,相差约300mV)。

就当前的信息看,我还不敢认同这个现象跟rail-to-rail有关。1. 当移除电路里两个18kohm电阻的上拉后,输出可以很接近0V(实测约1mV, 与您发的截图表格数据相符);2. 输出停留在0.63V 或0.68V不再往下走,这样的数值远高于截图表格里的数据,非常不像是output from negative rail的问题;3. 您问的在输出压差低于1.5V时的正相端反相端电压,它们都是原理电源正负轨的,应该也不涉及输入rail的问题。

您看看这个到底是什么导致的?谢谢

(顺便说一下,使用TINA-TI V9和里面的LM2904模型仿真结果都OK,即使是给输入加共模偏移使正相端反相端电压搞过供电电压,输出都是OK的,输出只会在高于电源正和低于电源负才会被削平。这个只是一个分享,不是此次的迫切问题。)

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Kailyn Chen:

输出距离负压轨的大小可以通过上述表格看到,和输出电流Iout是有关的。

当Iout=50uA的时候,输出距离负压轨典型值为100mV,接近0V,但是Iout=1mA的话,输出距离负压轨0.75V,即最低只能到0.75V。

还有一个考虑的因素就是外接电阻的匹配度,是否降低了共模抑制比CMRR。 这也是运放线性度降低的原因。

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Kailyn Chen:

或者我们就使用LM2904 搭建一个简单的反馈电路,您这边实际验证下是否和数据手册相符。

如果说和数据手册是不符的,数据手册显示输出不能达到电压轨,但实际是能做到的,那就是芯片的问题,我们再去确认。

像您提到的TINA中输入高过供电电压输出仍是OK的,这个我用TINA去验证下。 如果有问题,需要去和software Team去反馈。

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Daniel Wu:

我之前的测试时输出试过两种情况,一种是open,一种是对GND接入20kohm电阻,结果几乎相同。我刚刚在输出对GND加了约1.6kohm的电阻,输出只降到了0.4几伏。可能我对这个负载电流理解不够清楚。另外,你的截图是LM2904B的,LM2904的那张表格在这方面没这么多信息,只有一行。

那么,我这个电路的输出电流应该要考虑反馈电阻过来的电流,是吗?(5.2V-0.68V)/12.4kohm=364uA, 加了对GND1.6kohm的电阻时分流了约280uA,流入输出口的约80uA,也许是吻合的。这么说,那么表格中negative rail的5mV是几乎无法实现的了。如果这些你认为无误的话,那我只能选用rail-to-rail的运放,给输出加了固定的offset,不如0.5V,这样就不用但考虑输出到不了0V的问题了。你有什么建议吗?

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Kailyn Chen:

您好,抱歉回复晚了。参考这篇应用手册的FIgure3-2:https://www.ti.com/lit/an/sloa277a/sloa277a.pdf

这个曲线是输出电压Vol VS sink current的曲线。 如果想要较低Vol,300 Kohm负载与 A 处的器件性能曲线相交 ,在整个电源电压和温度范围内具有低 VOL 电平,16Kohm 负载线与器件性能曲线在随温度变化而变化的较高 VOL 下相交VCC。在这个负载下,不能实现接近负电源的 VOL。如果具有低 VOL 很重要,请使用端接至负电源的高电阻负载或负载(包括反馈)。

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Daniel Wu:

根据你提供的这些信息,我想我现在已经相当清楚问题的原因和相关应用的注意事项了。非常感谢!

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