El amplificador operacional estabilizado por helicóptero se enclava, el amplificador operacional barato no lo hace

Tengo un búfer / amplificador de sensor de presión simple que estoy experimentando un bloqueo extraño cuando uso un amplificador operacional elegante estabilizado por helicóptero para U2.

El sensor de presión es un MDPS-002 (la versión de 700 kPa). La hoja de datos se refleja localmente aquí .

El voltaje de modo común del sensor es de aproximadamente 1,5 V. VIN es de 5 V y el suministro del sensor de 3,3 V proviene de un LDO proporcionado por VIN. Condensadores de 1uF y 0.1uF en el amplificador operacional y la salida del LDO. La salida del amplificador operacional se alimenta a una entrada ADC en un AVR, pero también eliminé el AVR en un intento de aislar el problema, sin éxito.

Operación básica: el sensor de presión crea un voltaje de 0 a 100 mV en sus salidas para el rango de 0 a 100 PSI. Se pretende que la ganancia del amplificador operacional sea 20, pero necesito ajustar las resistencias para tener en cuenta la impedancia del sensor (TODO). Hasta entonces, la ganancia es ~17. Probando el sensor, aumento la presión de 0 a 100 PSI y controlo la salida del amplificador operacional. En gran medida, parece realizar un seguimiento correcto, pero si hay una caída repentina de la presión o incluso una liberación lenta (durante minutos) de la presión, existe una gran posibilidad de que el amplificador operacional se enganche.

Cuando se produce el bloqueo, la salida del amplificador operacional se "bloqueará" en ~ 1,5 V. El ciclo de potencia no lo corrige, ni el cortocircuito temporal de la salida del amplificador operacional a tierra. Volver a subir la presión (ya sea lenta o rápidamente) permitirá que la salida vuelva a estar en línea donde debería estar, pero a menudo está desviada por un par de cientos de mV. Si la presión vuelve a caer y la salida del sensor es de ~40 mV, el amplificador operacional se bloqueará nuevamente. Extraño.

Eventualmente (muchos minutos), el amplificador operacional se recuperará, pero la salida puede "vagar" por todos lados (desde los 60 mV debe estar a presión ambiental hasta el voltaje de bloqueo. A veces, esta salida errante ocurrirá directamente desde encendido. Parece que no puedo identificar la fuente de esto. Reemplazó el amplificador operacional, reemplazó el sensor, nada parece tener mucho efecto.

Por capricho, reemplacé el amplificador operacional estabilizado por chopper MCP6V11 con un MCP6001 barato como la suciedad. Sin enganche, nunca, y el circuito funciona como se esperaba.

Intenté eliminar C1, pensando que tal vez un breve pulso negativo estaba causando que el amplificador operacional se enganchara, pero esto no cambió nada. Los suministros están limpios y este amplificador operacional es tan lento (80 kHz, sí, kilohercios, GBWP) que no puedo imaginarlo oscilando dadas las impedancias en el circuito.

Pasé parte del día leyendo sobre la estabilización del helicóptero y los posibles problemas con este tipo de amplificadores operacionales, pero este comportamiento particular es algo que no encontré en mis lecturas.

¿Alguien ha visto esto antes, o alguien tiene alguna idea sobre lo que podría hacer para mitigarlo? Estoy buscando una respuesta que explique el fenómeno y la solución.

20150428 Actualizaciones

Ya estoy de vuelta y puedo reportar algunos hallazgos. Primero, estoy usando un alcance para ver la salida del amplificador operacional. Definitivamente no es oscilante. AC acoplado, 50uV/div y 10us/div no hay ningún ruido allí que el osciloscopio ya no muestre cuando corto la entrada del osciloscopio.

Quité C1: sin cambios. Se agregaron límites de derivación de 10 nF a R1 y R4: sin cambios.

Cortocircuito de las salidas del sensor (pin corto 3 a pin 6): la salida del amplificador operacional cae inmediatamente a 0 V y permanece allí mientras permanezca el corto. Quite el cortocircuito y volverá al voltaje de modo común de aproximadamente 1.5-1.6V.

Variando el voltaje de suministro al amplificador operacional de 3.4ish a 5.25V: sin cambios.

Solo mirando la salida del amplificador operacional con el osciloscopio conectado, lo vi deambular hasta los 100 mV en los que se supone que debe estar. El "vagar" fue más o menos lineal y tomó alrededor de 6s. Permaneció allí durante unos 30 segundos y luego volvió a subir a 1,5 V durante la misma cantidad de tiempo.

20150509 Actualizaciones

Trabajando con un colega, las cosas se están aclarando un poco.

Nosotros (él) notamos que el voltaje de salida del amplificador operacional era exactamente el voltaje en la entrada negativa. Él planteó la hipótesis de que hay un punto estable en la operación en el que cuando el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada, R4 se vuelve irrelevante (no hay flujo de corriente a través de él). Acortar la salida del amplificador operacional a veces puede hacer que se recupere, pero no siempre. Repetí la prueba de "cortar las salidas del puente" y el amplificador operacional siempre va a la salida de 0V, como se informó anteriormente.

El amplificador operacional parece estar haciendo su trabajo correctamente porque puedo usar mi mano para introducir un error conectando +3.3V o GND y el pin del sensor 3 o 6, que inyecta algo de corriente, desequilibrando el puente y conduciendo la salida hacia arriba o hacia arriba. abajo.

Tomé mi viejo Fluke 8842A de 5,5 dígitos y medí entre los pines 3 y 6 del puente y luego, con otro medidor, medí la salida del amplificador operacional. Las lecturas indican que la ganancia es correcta, y cuando el amplificador operacional está leyendo más alto de lo que debería (pero no "atascado" en el voltaje de modo común) es porque el puente muestra una salida más alta de lo esperado. En este punto, tanto él como yo comenzamos a sospechar que hay algún camino de fuga perdido que, combinado con la estructura de entrada más compleja del amplificador operacional, hace que funcione de esta manera. Intentamos colocar una resistencia de 1 M en las salidas del puente, pero eso provocó que el amplificador operacional saltara inmediatamente al voltaje de modo común de 1,56 V. Si pongo a tierra cualquiera de las patas del puente, la salida del amplificador operacional va a cero o a escala completa (5V), lo que también tiene sentido.

Lavé el tablero con alcohol isopropílico anhidro, sin cambios en la producción, por lo que descarto la contaminación física.

20150511 Actualizaciones

Parece que @DwayneReid estaba en algo. Construí un puente emulado con cuatro resistencias de 10k en encabezados de 0.100 "y el amplificador operacional funcionaba correctamente:

Una diferencia de 1,3 mV se estaba convirtiendo en una salida de 50 mV, dando una ganancia de alrededor de 38,5. Luego soldé el sensor real a más encabezados de 0.100" y los conecté para poder probar uno u otro:

El sensor mostraba un diferencial de 48 mV (que no es correcto para este sensor a presión atmosférica) pero, lo que es más importante, la salida del amplificador operacional saltó a 2,38 V (una ganancia de 50). Luego tomé un nuevo sensor, lo soldé a cabezales de 0.100" y lo probé. La diferencia de voltaje era de 3.25 mV y la salida del amplificador era de 147 mV (ganancia = 45). Más importante aún, la salida se mantuvo estable durante horas y a pesar de que todos mis dedos tocaban y halagando, se mantuvo en este valor.

Para resumir, parece que dañé el sensor y, para mi disgusto, el voltaje de salida "correcto" resultó ser el voltaje de modo común. Con mi solución protoboard también pude variar fácilmente el voltaje de excitación del sensor y ahí es donde pude ver cómo la salida del amplificador operacional rastreaba la ganancia correctamente.

Con los sensores en los brotes, también me resultó fácil medir su impedancia. La impedancia del sensor se indica en la hoja de datos como típicamente de 5k (con un rango de 3-6k). Medí la impedancia de Thevenin como 2.5k, lo que descartó mis cálculos de ganancia (usé el valor típico de 5k de la hoja de datos). Con 2,5k y 2k como la impedancia de entrada del amplificador operacional y la resistencia de retroalimentación de 100k, la ganancia debería ser teóricamente 100/4,5 o 22, que todavía está fuera de mis ganancias medidas.

El puente de 10k tiene una resistencia de Thevenin de 5k, por lo que la ganancia teóricamente debería ser 100/7 o 14,3, pero con el puente de resistencia veo 50 mV de salida con 1,3 mV de entrada para una ganancia de 38. No estoy seguro de cuál es el motivo. esta discrepancia es.

De todos modos, gracias a todos. Aprendí MUCHO durante este ejercicio.