Der Spannungsfolger des Operationsverstärkers funktioniert nicht wie erwartet

Der Operationsverstärker CA3130 benötigt eine "Kompensation", da er nicht stabil ist. Sie müssen einen Kondensator zwischen den Pins 1 und 8 (ca. 47 pF) anschließen, um sicherzustellen, dass der Operationsverstärker in Situationen mit Einheitsverstärkung nicht zu einem Oszillator wird: -

Dieses Bild sagt Ihnen, dass die Open-Loop-Verstärkung immer noch etwa 31 dB beträgt, wenn sich die Phasenwinkelverschiebung am Ausgang um 180 Grad geändert hat. An diesem Punkt verwandelt sich der CA3130 in einen Oszillator und alle Wetten sind aus. Wenn Sie das etwas schwierig finden, ist das Datenblatt natürlich expliziter: -

Natürlich könnten Sie sie einfach mit dem CA3140 austauschen - diese sind so konzipiert, dass sie stabil sind, da sie einen internen Kompensationskondensator verwenden: -

Es empfiehlt sich auch, 100-nF-Entkopplungskondensatoren über die Stromversorgungsstifte des Operationsverstärkers in der Nähe dieser Stifte (12 Volt und 0 Volt) zu legen. Nennen Sie es einen Schutz vor "seltsamen" Impedanzproblemen bei der Stromversorgung, die außerhalb Ihrer Kontrolle liegen.

Überprüfung der üblichen Verdächtigen im Opamp-Datenblatt:

Die Verwendung von PMOS-Transistoren in der Eingangsstufe führt zu einer Gleichtakt-Eingangsspannungsfähigkeit von bis zu 0,5 V unter dem negativen Versorgungsanschluss, ein wichtiges Merkmal in Einzelversorgungsanwendungen.

OK, der Eingangs-Gleichtaktbereich umfasst die von Ihnen gewünschte Masse.

Beachten Sie auf Seite 2, dass der Eingangs-Gleichtaktbereich nur bis zu 3 V (typisch) 5 V (im schlimmsten Fall) unter VCC reicht. Bei einer 12-V-Versorgung erhalten Sie also im schlimmsten Fall 0 bis 7 V, typisch 0 bis 9 V am Ausgang. Sollte gut sein

Als Ausgangsschaltung wird ein CMOS-Transistorpaar verwendet, das in der Lage ist, die Ausgangsspannung innerhalb von 10 mV von jedem Versorgungsspannungsanschluss (bei sehr hohen Werten der Lastimpedanz) zu schwingen.

Die Leistung liegt nahe bei Rail-to-Rail, was auch gut ist, wenn Sie bis auf OV herunter messen möchten.

Wenn der Eingang nicht angeschlossen ist, beträgt der Ausgang des Operationsverstärkers etwa 8 V.

Wenn der Eingang nicht angeschlossen ist, reicht der winzige Leckstrom durch den Eingangs-FET aus, um eine Scheinspannung am Eingang des Operationsverstärkers zu erzeugen. Die übliche Lösung besteht darin, am Eingang einen Widerstand an Masse anzuschließen, aber da Sie in Ihrer anderen Frage sagen, dass Sie einen sehr hochohmigen Eingang benötigen, um keinen Strom von Ihrem chemischen Sensor zu ziehen, könnten Sie den Sensor einfach an den Eingang angeschlossen lassen . Bitte erwägen Sie jedoch, am Eingang einen Filterkondensator gegen Masse hinzuzufügen, etwa 100 pF C0G-Keramik, der das vom Sensor aufgenommene EMI-Rauschen kurzschließt. Ohne diese Kappe könnten Sie falsche Messwerte erhalten, wenn die Kabel elektromagnetische Strahlung von beispielsweise einem Mobiltelefon in der Nähe aufnehmen.

Als ich über eine Spannungsfolgeschaltung las, dachte ich, wie einfach es ist, aber in der Praxis habe ich gelernt, dass es nicht so einfach ist!

Du hattest ehrlich gesagt etwas Pech...

Für einen Spannungsfolger (Unity Gain) benötigen Sie einen Operationsverstärker, der "Unity Gain Stable" ist und dieser nicht. Siehe Seite 5:

Ein 47-pF-Kondensator bietet in den meisten Anwendungen eine ausreichende Kompensation für einen stabilen Betrieb mit Einheitsverstärkung.

Der Operationsverstärker schwingt also wahrscheinlich. Wählen Sie eine C0G-Keramikkappe oder eine Filmkappe oder verwenden Sie einfach einen Operationsverstärker, der stabil ist.

Beachten Sie, dass dieser Operationsverstärker bei einer Verstärkungsbandbreite von 15 MHz ziemlich schnell ist, sodass eine Versorgungsentkopplungskappe erforderlich ist. So etwas wie 100 nF - 1 µF Keramik zwischen Stromversorgung und Masse. Eine Kappe sollte für die drei Operationsverstärker ausreichen. Sie können ein Loch oben auf dem mittleren Operationsverstärker bohren und die Kappe zwischen der Stromspur und der Grundebene platzieren.