电源开发工程师的运放经验谈
记得刚入电源这行的时候是在一家做电瓶车充电器的厂家作维修开始.那时候的充电器基本上都是 3842817431LM324 的结构.有的装有 4060 的定时芯片有的省了四运放用一个 358 就完成了所有三段式的功能.
刚入行也不懂运放在这里是做啥用的.于是跟老板请示要求给我一个星期的时间来熟悉整个电路.没想到老板不仅爽快答应了还允许我使用办公室的电脑上网查资料.
有这么好的环境自然应该抓住了多学点东西哈。通过最初的一个星期的百度知道了运放在这里是做比较器用的但为什么不直接使用一个 339 的比较器而用一个 324 的运放呢
又继续学习三段式充电器和铅酸电池原理.额....娘啊每个疑问背后都有更多的疑问两个星期笔记本就用了一个.稿纸若干.算是大概的弄懂了原因:在三段式铅酸充电器中前段需要恒流充电这期间电压是缓慢上升的中段是恒压充电末段是降压并且恒压浮充.
因为有个恒流在里边就不大适合用比较器了其实比较器可以理解成一个没反馈的运放输出端总是最大值和最小值的变化这不利于控制恒流.而运放就比较软一些.
运放加入适当的负反馈不但可以避免尖峰的干扰而且可以使输出端保持一个稳定的线性变化.这对于初期的恒流充电来说至关重要.虽说用起来很容易拼出外围电路但真实的运放在充电器中依然是处于危机四伏的工作环境.
下面看看运放的工作环境:充电器已经被无良老板做砸了但市面上仍不乏好的产品.而我老板则是怎么便宜怎么来.先是 150W 的充电器输入电容从 120uf 减小到 82uf/400V而后输出电容也从两个 470uf 和一个电感组成的滤波电路省成了一个 330uf 的电容.Y 电容也省了.交流输入电感啥的都省了.热敏电阻最后也省了.保险丝在我的一再要求下被留了下来.原来次级是两个二极管并联的整流也省成一个了.二极管的尖峰吸收电路也去掉了.总之一大堆老板觉得没用的东西都扔了.就这要一个窗破墙残的环境满载输出波纹超过 5V更别说 EMC 啥了.插家里插座上隔壁邻居的电视机都会有干扰.
在这样干扰严重的环境下要求运放能稳定工作而且电压电流都要稳.其实也真难为这运放了.只能多多的加入负反馈来抑制干扰造成的振荡和自激.
记得那时候电源总是会叫.那时候不懂傻傻的.挨个换零件因为有的板子就不叫所以就认为肯定有零件坏了.后来换到了 431 的 1 和 3 脚所接的电容容量是 224换了就好.拆下的电容再测量容量略有偏差不过也没超过 20的允许误差而这拆下的电容再换到别的机子上又可以正常使用.于是又研究起了 431.这才发现 431 内部原来也有一个运放.而这电容正好是 431 内部运放的负反馈电容.也是由于反馈电容的容量和电源的频率刚好使所用的 431 出现了严重的自激而引发的叫声.后来也证明了我的猜想更换其他厂家的 431或者稍微改动电源的频率或者换一个容量稍大或者稍小的反馈电容都可以解决因为 431引起的叫声.这次 431 的事件又让我对运放有了更深的认识.
所以至少我认为反馈电路对于运放的稳定性至关重要.无论是放大还是做比较器使用都是如此.
再说几个 358 运放使用中的问题.有次设计一个比较电路.习惯性的使用了运放.原因有两点1我已经比较习惯使用运放来作比较器了.2对于公司采购来说少一个器件至少在材料管理和使用上都会方便很多.
这电路呢是用来比较 1 毫伏的电压差的理论上讲都能实现的可实际板子出来了才发现输出是随机的.因为反相输入端电压是 4.001 伏而同相输入端是 3.999V.有两毫伏的压差很明显输出应该是低电平.可实际上却是每次上电后输出端的电压不是高电平就是低电平.而且稳定不变了.反馈电路反复调整都没用.不管是正反馈还是负反馈输出总是随机的.于是只好再突击学习.详细看了资料才发现原理运放的两个输入端理论上的压差可以及小但由于制造工艺上的限制对于两输入端的最小电压分辨率还是实际存在的.
也因为老板对产品的价格很敏感定死了只能用一毛五分一只的 LM358无奈只能进行一个实验不能相信零件供应商提供的 PDF 了.参数水太多.
于是搭建了一个没有干扰的电池供电的纯直流环境输入电压依然是 4V一点点调整俩输入脚的电压差观察输出端的变化.经过两天的反复实验总结出了这种国产的 358 输入端的电压误差问题:
当俩输入端误差在 2 毫伏内基本上我手头上的运放都不会正确的输出电压 当误差在 2--5 毫伏的时候大部分运放可以准确的输出正确的电压.
当两只输入脚的压差达到 8 毫伏以上的时候我手头的运放都能完全无误的输出高或者低电平了.
由此我的电路也进行了更改以后的设计中我也牢记尽可能的把同相反向输入端的电压差提高到 10 毫伏以上.这样老板不论进哪个牌子的运放也都能适应了.
还有次在使用运放的时候发现工作状态不正常只是偶尔的出现误动作.怀疑是运放质量问题换别厂家的运放依然还是偶然的会出现.只是很难发现了.只好硬着头皮试图更改零件参数来解决.
后来通过示波器测量各个脚电压都很好.运放的供电脚波纹也不大于 50 毫伏但还是在供电脚对地加了个 104 的电容再测波纹电压依然跟没加前相似至少肉眼看不出明显的改善.但运放却好了一些.以前 10 次有 2 次误动作现在 20 次才发现了一次误动作.看来电容还是有效的.但考虑到以前的使用环境那时候运放的供电波纹都达到了 100 多毫伏依然正常的很.肯定还有根本的原因没找到.
后来经过几个通宵才发现自己布线的问题给运放的供电线路太长围着板子绕了个括号形状用示波器抓不到低频的干扰特别是在其他电器插拔的瞬间运放的状态就变了.由此更加肯定了是布线吸收了干扰造成的运放的误动作.这也是不加入共模电路造成的直接影响. 后来解决的办法是在靠近运放的地方就近在电源线和地之间装一只 2.2---10uf 的电解就可以了.由此也养成了我的第二个使用运放的习惯就是在运放附近必须加一个 10UF的电解作滤波.这样由于布局的问题就不存在了.可以任意布电源线了.即使布线很好多一个电容滤波总是没有坏处的.
对于运放我只懂这么多.希望能遇到专业人高手能指点指点运放这个万能电路真的很精彩.