Oförklarligt varma operationsförstärkare

[patrik87]

Hej. Jag har en enkel krets som ska fungera som en spänningsföljare åt en DC-insignal Vin.
Denna ska klara av negativa insignaler också, varför jag måste skapa en virtuell jord i mitten av min matningsspänning.
Detta gör jag med hjälp av en OP-förstärkare.
Spänningsföljaren består också av en OP-förstärkare. En switch finns för att man ska kunna fördubbla utspänningen om man vill.
En LCD-display visar utspänningen.
Eftersom jag vill att utsignalen ska kunna leverera en rejäl ström är OP-förstärkarna av den rejälaste sort jag kan hitta på ELFA, L165V, som kan ge ut 3A och kan ha matningsspänning +/- 18V.

Hela kretsen visas i figuren.


Kretsen fungerar, men båda operationsförstärkarna blir mycket varma, även då jag inte har någon last inkopplad och det inte borde flyta någon ström (förutom den väldigt lilla som driver LCD-displayen). Jag har kylflänsar på dem, men det hjälper inte tillräckligt. Och jag förstår inte varför de blir varma när jag inte har någon last!

Det enda jag kan komma på är att det finns en AC-signal in från mitt nätaggregat som spökar. Men jag trodde att mina kondensatorer skulle ta hand om den, isf. Tror ni att det är det som händer och isf kan man göra något åt det, förutom att köpa en svindyrt nätagg? Bör jag dimensionera om kondensatorerna kanske?

[rehnmaak]

Enligt datablad: Quiescent Drain Current 60mA (max) dvs tomgångsströmmen är 60mA ger effekten 36V*60mA=2.16W. Har du ingen kylare på den så blir det varmt... (Tja brukar vara ca 50grader/W)

[Gustav180]

Hej Patrik
Om du tittar i databladet på sidan 3, så finner du Quiescent Drain Current. Det är den ström kretsen drar i viloläge. Den är typ 40 och max 60 mA. Beräknar du effekten på den spänning du använder, 36 V, så blir viloeffekten ca 2,2 W. Det kräver lite kylning för att bara kretsen skall leva normalt. Jag tror att "felet" ligger där, men jag vet ju inte om du redan satt dit kylare.

[jesse]

Så din (ibland negativa) insignal är alltså i förhållande till den virtuella jorden? Det betyder alltså att din 36V-matning är fristående?
Vart ska den "rejäla" strömmen ta vägen om nu LCD:n inte drar så mycket?

[4kTRB]

Har du anslutit jorden på 5V regulatorn till samma jord som RL och 5k?

[prototypen]

Titta på ALLA typexemplen i databladet, ALLA kopplingar har 0,22µF + 1 Ω från utgången till GND.

Utan detta RC nät så blir kretsen troligen hysterisk.
Letade efter en uppgift som andra kraftOP har problem med och det är minimum förstärkning men denna ska tydligen gå att köra i unity gain.

Protte

[patrik87]

rehnmaak, Gustav180: Ah, så det är Det quiescent current är! Ja det, kan ju vara den strömmen som gör att det blir varmt. Jag har en liten kylfläns på, men kanske ska skaffa mig något rejälare.

Jesse: Ja, min insignal är i förhållande till min virtuella jord. 36V-spänningen kommer från ett externt nätaggregat. Strömmen ska gå genom lasten, som är en, eller ett par DC-motorer.
Jag bara tänkte att, om jag hade ett avbrott istället för last, att det inte skulle gå någon ström och mina OP inte skulle bli varma. Men det är kanske den där quiescent current.

4kTRB: Jepp, alla jordar i skissen är min virtuella jord.

prototypen: Ja, nu när du säger det så.. Hade någon kunnat förklara vad poängen är med 1 Ohmsmotståndet?

[patrik87]

Ok, jag provade att installera det lilla motståndet och 0.22uF-kondensatorn enligt följande



Det blev Ännu mycket varmare! Framförallt spänningsföljarOP:n blev supervarm! Skulle jag kopplat 1.4Ohm+0.22uF efter spänningsföljaren till minusmatningen istället för min virtuella jord?



Jag har kollat med ett oscilloskop, och jag är rätt säker på att det ligger en rejäl 50 Hz-signal kvar från nätagget. Inte bra kanske?

[4kTRB]

Men det verkar lite dumt att låta första förstärkaren
ta hand om effektförlustströmmen från 5V regulatorn
tycker jag. Bättre du ansluter den till din 0V och då
bör du nog sänka spänningen innan med en zener
för annars grillar du upp regulatorn.

[Gustav180]

Skall LCD:n kopplas på andra OP:ns utgång? Verkar felritat men jag vet inte. Jag vill ha den kopplad till GND (mittnollan).

Även om du har mycket rippel på +/- ledningarna så skall det inte nämnvärt inverka på effektutvecklingen i förstärkarna. Däremot om du lastar utgången i OP 2, så kommer det att öka effektutvecklingen i båda förstärkarna. Lastströmmen går ju även genom den förstärkaren.

[patrik87]

4kTRB: Nu, förstår jag inte. Vad menar du med att den första OP:n "tar hand om regulatorns effektförlustström"? Eller menar du att det är onödigt att låta regulatorn "sänka" spänningen från 18 till 5V? Skulle jag haft en diod innan som sänker till 5V? Men vad menar du med att jag ska koppla regulatorn till 0V istället. Den är ju redan kopplad till jord. För att få ut 5V ur en 5V-regulator måste man väl ha en inspänning på minst 5V? Annars har jag missupfattat. (Vilket iofs inte är helt otroligt).

Gustav180: Ja LCD:n ska visa spänningen på andra OP:ns utgång, som är min utspänning. Men du har rätt i att LCD:n ska vara kopplad till jord också, det glömde jag rita in bara.



När jag kopplade in 0.022uF-kondensatorn och 1.4 Ohm-motståndet efter utgången på spänningsföljaren blev den andra OP:n sjukt varm och brändes sönder! Förstår inte riktigt varför; ska ju bara gå växelströmmar genom kondensatorn...

[grubs]

Känns som det föreligger en viss sammanblandning av symbolerna i det schemat, kanske bättre att separera ut de som måste relateras till virtuell jord från de övriga.

[ghu]

Jag ser 3 grundläggande fel i kopplingen.

1. Den högra OP:n har förstärkningen 1 gång. Databladet rekommenderar att man använder förstärkning större än 10. Lägre förstärkning kan ge stabilitetsproblem d v s förstärkaren självsvänger.

Enkel lösning: Använd förstärkning 10 och inför en spänningsdelare på OP:ns ingång.
Avancerad lösning: Använd Lag-filter i OP:ns återkoppling.

2. I datablad anges Absolute Maximum Ratings för Supply Voltage till +/- 18V. Använd alltid lägre matningsspänning än detta t ex +/- 15V.

3. Den vänstra OP:n har ett 100 ohms motstånd på sin utgång där all ström genom belastningen RL passerar. Om man antar att vänstra OP maximalt kan lämna 13V på utgången relativt figurens jord så blir maximala strömmen: 13V/100ohm=0,13A.

Vad är skälet till att du inte använder +/- matning istället? Det blir mycket enklare.

När jag kopplade in 0.022uF-kondensatorn och 1.4 Ohm-motståndet efter utgången på spänningsföljaren blev den andra OP:n sjukt varm och brändes sönder! Förstår inte riktigt varför; ska ju bara gå växelströmmar genom kondensatorn...

Om OP:n är instabil så självsvänger den på en hög frekvens varför kondensatorn fungerar nästan som en kortslutning

[patrik87]

Ok..
1) Var i databladet ser man att man bör ha förstärkning större än 10? Hittar inte det. Men det är så som i figur 2 du menar att jag ska koppla; med spänningsdelare och 10x förstärkning?

2) Tror du inte det kan gå med +/-18V som matning ändå? Jag behöver nämligen minst +/-15V ut från hela kretsen och jag kan inte använda ett 30V-nätagg eftersom OP:n inte är rail-to-rail.

3) Shit. Där har jag tänkt fel då. Men var kom 13V ifrån. Som det är nu är det väl 18V? Eller du tänker på din punkt (2)?
Men bör man inte ha ett motstånd där då? Känns inte bra att inte ha något alls där. Kanske ska jag ta ett mindre?



Skälet till att jag vill ha en virtuell jord är att jag kan ha negativa spänningar in.
Jag har också glömt att säga att jag har en isolationskrets till min insignal, för att skärma datorn som genererar signalen och kretsen galvaniskt. Till den behöver jag en jord "på kretssidan".



+/-Vsut här är mina +/-18V spänningar.


Kan jag på något sätt skippa min virtuella jord då?

[patrik87]

Jag provade att minska signalen in en faktor 10 och göra OP:n till en 10x-förstärkare istället. Men av någon anlednigen blir inte förstärkarens utsignal linjär. Jag använder resistorer i storlekarna 1-10kOhm, så som exemplet i figur 2 i databladet till OP:n. (https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/asse ... L165_e.pdf) Fast jag gör en icke-inverterande förstärkare istället.