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12月13日正式开播
Part2 精彩先看
积分器的其他问题
数字长线为什么要串联阻尼电阻
模拟地和数字地
比例器,同相还是反相
串联复合放大电路拓展带宽
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在等待Part 2开播的期间,不妨和ADI智库小秘书一起来复习Part 1中提到的各项知识点:标准减法器电阻失配了怎么处理?复杂的精密电流检测电路应该怎么读图?积分器憋死了咋办……我们都为您总结好啦!
01
标准减法器电阻的匹配
所谓的电阻匹配,是指红色箭头所指两个电阻的比值,与绿色箭头所指的两个电阻比值完全相等。其中任何一个电阻与设计者有微小差别,就是“失配”。现实中,要做到电阻匹配,是极为困难的。减法器电阻失配,将大幅度降低CMRR。
02
仿真软件中便于修改的差分信号源构建方法
要做减法器,肯定需要做差分信号源。但要改变差模信号,得对两个信号源进行两次设置,比较麻烦。
为此,杨教授构建了一下电路,由共模、差模形成减法输入源U+、U-,方便修改。
03
减法器重要指标:CMRR
减法器有一个特别重要的指标——共模抑制比(CMRR),即差模增益(Gd)和共模增益(Gc)的比值标准。减法器在理论分析的时候共模增益等于零,差模增益等于电阻比值,CMRR就是无穷大。但是现实中真正的一个减法器是做不到CMRR无穷大的。我们就得对这个减法器进行CMRR测量,CMRR越大,这个电路越接近于理想的减法器。
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04
准确进行共模增益测量
仿真软件中的Uout由于输出很小,易受运放失调电压影响,因此得出的共模增益大小是随输入电压大小变化而变的。为能准确测量,需要将输入端从 0 伏到 10 伏产生一个共模信号的变化量,对于输出电压变化量的比值就可以得到共模增益。
05
电阻匹配的减法器具有极高的CMRR
得到了差模增益和共模增益,即可计算得出CMRR,但这与理论上无穷大并不相符。这是因为减法器中使用到的运放本身就有CMRR,当一个减法器外部电阻是匹配的情况下,它的CMRR完全取决于运放的CMRR。
06
标准减法器的电阻失配
现实中,要做到电阻匹配,是极为困难的。失配系数定义为是变化的电阻值与期望电阻值之比。取千分之一作为失配系数,以同样的电路为例,可以得到差模增益基本不变,而共模增益变化很大,由原来的-143.88db变为了-69.54db,导致CMRR很小。失配系数对CMRR的影响是直接的,手工选配电阻,达到高CMRR,基本是梦想。
07
提高CMRR的方法
选用集成减法器,内部集成电阻,可以达到很好的一致性。
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08
提高CMRR的方法二
上图中展示了一种无需匹配电阻的减法器电路,该电路的两个电阻R1和R4,只影响差模增益没有匹配性要求。但因为运放的选择问题,该电路存在限制:由于N沟道MOS管正常工作的时候电流是从右向左流的,需要保证两端电位差,即UD>US,所以Ux+必须是负电压,而且Ux-必须小于Ux+;同时,运放供电正电源必须足够大,即UO1-Ux+=UGS≥UGSOFF。
在满足上述条件后,使V3保持恒定,V4从-1V变到-5V作为横轴,将输出电压作为纵轴,可以计算得到CMRR为140.68dB,表现良好。
09
无需匹配电阻的减法器变形电路
如果不满足电路的限制条件,应该如何设计该减法器电路呢?可以分为以下情况:
面对两个都是负电压的测量点
面对两个都是负电压的测量点
面对两个都是正电压的测量点
面对两个都是正电压的测量点
测量点一正一负
测量点一正一负
10
实用的精密电流检测电路读图
其实无需匹配电阻的减法器电路来源于该精密电流检测电路,如何读懂理解该电路图?可以从以下几步入手。
第一步:去掉电路的次要的部分。除非滤波器和震荡器,一般情况下把电容舍弃掉;
第二步:看运放供电,进一步凸显主电路。
这样就可以得到一个干净的主电路,在仿真中运放用AD8628代替,MOSFET用2N7002小信号管代替,使用虚短虚断进行分析。 运放AD8628是RRIO运放,各输入端电位、输出电位符合供电范围;2N7002最大漏源电压60V,此为48V,符合要求;运放输出电流,MOSFET流过电流均小于最大电流,符合要求。
之后再将去掉的次要电路加入分析,可以发现次要电路主要用于现场供电以及滤波稳定电路的作用,可以迅速建立负反馈。
11
无法使用的理论积分器
理论上的积分器使无法正常工作的,因为即便不加信号的时候,它的输出也会在负电源或者正电源上,称之为憋死。这是因为偏置电流一直给电容充电,输入失调电压被放大∞倍。
12
如何避免憋死?
可以在C1电容并联一个100K的电阻R2,偏置电流流过R2,产生的电压是有限的。并联电阻R2,导致其直流噪声增益为1+R2/R1=101倍。直流意外被放大101倍,不足以憋死运放。积分器就被救活了。
并联之后,虽然电路拓扑被改变了,但在图中绿色频率区间,左图与右图相差很小,1.6kHz以上就是一个积分器,并且电阻并得越大,相同的区间也就越大。但是输出失调电压也会越大,导致积分器再次憋死。
为此,可以让输入信号频率远大于低通截止频率,这个电路将呈现出积分器特性,当f0>100f0,是“实用积分器“像“积分器“的关键。
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