Сгорает операционный усилитель. Задача для электронщиков :)

[mr.Dream]

Неделю борюсь с полтергейстом, никакак побороть не могу. Всякое пиходилось видеть, но с таким сталкиваюсь впервые.

И так, входные данные:
- операционник TLC272CDR в режиме повторителя (устройство выборки-хранения)
- питание 12В,
- блокирующий конденсатор по питанию возле ОУ
- инвертирующие входы развязаны от выходов резисторами 20к, хотя допускает прямое соединение без резистора
- неинвертированный вход первого ОУ фактически болтается в воздухе, зашунтирован керамикой 1нФ, выход идет на один из входов аналогового мультиплексора 4051.
- неинвертирующий вход второго ОУ подключен к выходу мультиплексора, зашунтирован 15нФ, выход не подключен никуда (пока что).

При подаче питания из ОУ периодически выходит белый дым, причем каждый раз из новой микросхемы - уже устал их жечь)
Ошибки развоки нет, да и не в чем там ошибиться фактически.
Грешил сначала на ловлю мусора из эфира, статики и т.д., от чего могло происходить защелкивание КМОП. Но с пецификации на ОУ четко указано ESD-Protection Circuitry и Designed-In Latch-Up Immunity
Потом на перегрузку выхода зарядом конденсатора, но он вообще КЗ выхода может терпеть вечно Duration of short-circuit current at (or below) 25°C .... unlimited
Думал на выход за допустимый диапазон входящих напряжений, но он там Differential input voltage, VID... ±VDD и Input voltage range, VI (any input)... –0.3 V to VDD
О наличии диодной вилки к шинам питания так же свидетельствует пунт Input current, II±5... mA, значит не статика и не перегрузка выхода или входа. Самое интересно то, что может работать, а при очередном включении - задымить )
Взяв одну лишь микросхему, припаяв к ней только питание, как я не пытался ее сжечь, коротив входы-выходы с минусом-плюсом в хаотичном порядке, так не удалось ее вывести из строя.  А запаянная в плату почему то крайне нестабильна.  Перелопатил очень много информации через поисковики, так и не нашел ни причины, ни решения Помогите, у то уже микросхемы заканчиваются  Я еще никогда не ощущал себя таким беспомощным)
а, чуть не забыл. за практическое решение моей проблемы готов поблагодарить материально.

[Pau62]

Про схему питания по-подробнее бы.
Ну и если там понижайка, то стоило бы стабилитрон/супрессор по питанию.
Без схемы - гадание на кофейной гуще.
А со схемой - получишь тонну ненужных советов)))

[Dmitry__]

[user]mr.Dream[/user], попробуйте все входы (и прямой и инверсный) всех ОУ развязать со схемой одинаковыми резисторами, около 20к. Желательно взять точные 1%. Если перестанет исходить дым, то я подведу теорию под практику

[mr.Dream]

Впервые на телефоне рисую, по этому криво)) но суть понятна. Мультиплексор как и остальная логика так же питаются от 12В.
Добавлено 03 Июль 2018 в 22:28
[user]Pau62[/user], питание от блока питания 12В (от роутера). Разве что какой то колебательный процесс при подключении бп к емкостям платы. Но тогда бы погорела и остальная дребедень. Там 2 слвиговых регистра, мультиплексор, с таким же допустимым питанием как оу. Завтра осцилом глянул по питанию в режиме накопления. Спасибо за наводку.

[mr.Dream]

[user]Dmitry__[/user], попробую. Но вроде как сам оу имеет встроенные резисторы на 10к по входам.

[Dmitry__]

Еще в питание ОУ поставить резистор около 300 ом, чтоб блокировочный конденсатор и резистор создали RC фильтр.

[i]

При подаче питания из ОУ периодически выходит белый дым

Подозреваю что БП при включении дает бросок напряжения, который выше, чем могут вытерпеть ОУ (18 V)... вот они и срабатывают как супрессоры, каждый раз новый.
Попробуйте запитать схему от аккумулятора.

[edw123]

Подозреваю что БП при включении дает бросок напряжения, который выше, чем могут вытерпеть ОУ (18 V)... вот они и срабатывают как супрессоры, каждый раз новый.
Попробуйте запитать схему от аккумулятора.

Это легко отсеять подачей питания на ОУ от "уже давно" подключенного БП. И конденсатором должен же гаситься?

Может переполюсовка, если только в этой плате горит?

[mr.Dream]

У меня БП изначально включен. А питание подаю, подключая разьем.
Подпаялся напрямую к керамике по питанию возле ОУ. 2В/деление, 50, 100мкс/деление.
Вот что удалось "выудить" осцилографом в моменты "дребезга".










напряжение прыгает куда выше диапазона измерений 16В. похоже, индуктивность проводов от БП и конденсатор сиграла со мной злую резонансную шутку.   

[i]

2В/деление, 50, 100мкс/деление.

Не понимаю. На снимках 40V/дел и напруга под 200в.

[mr.Dream]

еще один фрагмент, 20мкс/дел, 5В/дел, 0 по центру.
Видно что размах выброса переваливает слегка за 20В. Не уж то такой короткий выброс может пробить КМОП? скорее всего, идет защелкивание через паразитные элементы, а далее уже последствия.  Развяжу питание резистором, чтобы напряжение не так резко подымалось)) а то бросок тока там такой, что слышно щелчек в разьеме во время включения, и это от 1мкФ
Добавлено 04 Июл 2018 в 13:10

Не понимаю. На снимках 40V/дел и напруга под 200в.

в программе просто с учетом делителя, а делитель снял делить на 20 вольтаж.

и это бросок с учетом того, что ОУ пробит и не выпаян, потребляет лишние милиамперы  и греется ))) представляю, что там творилось во время "нормального" потребления.

[Pau62]

Хреновый БП. Я налетал на какие эффекты уже. Правильно [user]i[/user] говорит, проверьте при питании от батарейки.

Развяжу питание резистором, чтобы напряжение не так резко подымалось))

Лучше сначала поставить диагноз, а потом уж лечить.
Резистора может и не хватить, а вот резистор + стабилитрон/супрессор, + конденсатор - это годно.

[mr.Dream]

И так, провел эксперименты. От АКБ свинцового эффект меньше, но есть. Если впараллель акб подцепить керамику - эффект повторяется. Значит причина - резонансные явления в LC-контуре, который образуют соединительные провода и емкость блокирующего конденсатора. Период автоколебаний около 2-3мкс, это в районе 0,3-0,5мГц, что вполне имеет место быть.
Добавил резистор по питанию сначала 2к, потом 100Ом. Белого дыма не видно в рабочей схеме добавлю быстродействующий стабилитрон/супрессор. хотя в рабочей схеме это будет питаться от линейного понижатора с относительно высоким эквивалентным сопротивлением. А то получалось, что при резкой подаче питания накопленная энергия в индуктивности заряжала конденсатор до двойного напряжения, которое уже прилично переваливало за абсолют максимум рейтинг.
Кстати, возможно по этому поводу производители блдц контроллеров жестко запрещают включать контроллер в акб без предварительного заряда емкостей.
Вот такая история с хорошим финалом. Всегда к питанию отношусь тщательно, а тут такой затуп ))) Всем спасибо за помощь. Как отблагодарить?

[Dmitry__]

В общем я и хотел подвести теорию под практику: превышение ΔU / Δt при подаче питания, с послед. защелкиванием. Это как открытие тиристора без подачи управл. сигнала. Одной RC цепи по питанию будет достаточно.
Когда входы были в воздухе, уровень ΔU / Δt повышается, поэтому не вылетал.

Ай да Дима! Ай да сукин сын! 

[edw123]

В общем я и хотел подвести теорию под практику: превышение ΔU / Δt при подаче питания, с послед. защелкиванием. Это как открытие тиристора без подачи управл. сигнала. Одной RC цепи по питанию будет достаточно.
Когда входы были в воздухе, уровень ΔU / Δt повышается, поэтому не вылетал.

Ай да Дима! Ай да сукин сын! 

А причина-то этой теоретической практики в чём?  В конкретном случае.
Неудачная разводка в паре с фиговым ОУ?

[Dmitry__]

Неудачная разводка в паре с фиговым ОУ?

Нельзя так быстро подавать питание на ОУ. Сам ОУ хороший, но специфичный, все поставлено на дико низкий ток утечки по входам. На таких ОУ даже делают защитные земляные кольца вокруг входов, чтоб не наводились помехи по стеклотекстолиту 
Ну не осталось места в ОУ на улучшения по питанию. RC цепь по питанию в таких ОУ - нашефсе! Более ширпотребные ОУ менее разборчивы в питании

[mr.Dream]

КМОП структура имеет свойство "защелкиваться". Это явление связано с тем, что элементы (полевые транзисторы) этой структуры не есть отдельными элементама, а часть одних есть часть других. Например, как у "обычном" мосфете с изолированным затвором есть паразитный диод, так в КМОП, где в одной структуре есть  транзистор и p- и n-проводимости, появляется паразитный тиристор, а он, как нам известно, если уже откроется, то ток через него будет ограничен только возможностями питания и эевивалентным сопротивлением самого тиристора, а закрыть его можно только снятием тока. а так как транзисторы очень маленькие, то ток "запирания" там может быть нано и пико амперы.
Видимо, при быстрой подаче напряжения с "мощного" источника и резонансном возбуждении шины питания из за паразитной индуктивности метровых проводов, амплитуда достигала напряжения открытия этого паразитного тиристора, а сила тока позволяла белому дыму выйти наружу. Добавив резистор по питанию я увеличил время нарастания напряжения и очень сильно уменьшил добротность LC-контура, по этому колебательных процессов нету больше, и все работает без спецефектов )
Самое интересное то, что в готовых устройствах на "каждую мелочевку" устройств, а особенно цифровые микросхемы, я даю питание через резистор и подпираю конденсатором, да бы шумы при переключении не лезли обратно в шину питания. А тут просто не придал внимания, так как это не рабочее устройство, а функциональный кусок, который при успешном испытании "в железном протеусе" перекочует на основную плату.

Пользуясь случаем, посоветуйте конвертор логических уровней 5В --> 12В. А то на мосфетах с общим затвором, чтобы пропихнуть 8мГц тактовой приходится уменьшать резистор до единиц килоом, а это лишнее потребление

[Dmitry__]

КМОП структура имеет свойство "защелкиваться".

TLC272CDR не является КМОП структурой, т.к. там нет комплементарных пар. КМОП - для цифровых микросхем.

А то на мосфетах с общим затвором, чтобы пропихнуть 8мГц тактовой

Неплохо бы знать емкость затворов этих самых мосфетов. А то может понадобятся драйверы с токами под 10 ампер для таких частот