作為數(shù)千工程師都在打卡學(xué)習(xí)的年度爆款視頻課程,《楊老師模擬課》的含金量自然不必多說,來自第一季情真意切的好評即可證明一切
今年《楊老師模擬課(第二季)》已經(jīng)開講!10堂精彩的模擬課分為兩次為您奉上,Part1已經(jīng)開播,Part2將于下周開播,掃碼觀看和預(yù)約吧~
今天為大家分享Part 1中提到的各項知識點:標(biāo)準減法器電阻失配了怎么處理?復(fù)雜的精密電流檢測電路應(yīng)該怎么讀圖?積分器憋死了咋辦……
所謂的電阻匹配,是指紅色箭頭所指兩個電阻的比值,與綠色箭頭所指的兩個電阻比值完全相等。其中任何一個電阻與設(shè)計者有微小差別,就是“失配”?,F(xiàn)實中,要做到電阻匹配,是極為困難的。減法器電阻失配,將大幅度降低CMRR。
要做減法器,肯定需要做差分信號源。但要改變差模信號,得對兩個信號源進行兩次設(shè)置,比較麻煩。
為此,楊教授構(gòu)建了一下電路,由共模、差模形成減法輸入源U+、U-,方便修改。
減法器有一個特別重要的指標(biāo)——共模抑制比(CMRR),即差模增益(Gd)和共模增益(Gc)的比值標(biāo)準。減法器在理論分析的時候共模增益等于零,差模增益等于電阻比值,CMRR就是無窮大。但是現(xiàn)實中真正的一個減法器是做不到CMRR無窮大的。我們就得對這個減法器進行CMRR測量,CMRR越大,這個電路越接近于理想的減法器。
仿真軟件中的Uout由于輸出很小,易受運放失調(diào)電壓影響,因此得出的共模增益大小是隨輸入電壓大小變化而變的。為能準確測量,需要將輸入端從 0 伏到 10 伏產(chǎn)生一個共模信號的變化量,對于輸出電壓變化量的比值就可以得到共模增益。
得到了差模增益和共模增益,即可計算得出CMRR,但這與理論上無窮大并不相符。這是因為減法器中使用到的運放本身就有CMRR,當(dāng)一個減法器外部電阻是匹配的情況下,它的CMRR完全取決于運放的CMRR。
現(xiàn)實中,要做到電阻匹配,是極為困難的。失配系數(shù)定義為是變化的電阻值與期望電阻值之比。取千分之一作為失配系數(shù),以同樣的電路為例,可以得到差模增益基本不變,而共模增益變化很大,由原來的-143.88db變?yōu)榱?69.54db,導(dǎo)致CMRR很小。失配系數(shù)對CMRR的影響是直接的,手工選配電阻,達到高CMRR,基本是夢想。
選用集成減法器,內(nèi)部集成電阻,可以達到很好的一致性。上圖中展示了一種無需匹配電阻的減法器電路,該電路的兩個電阻R1和R4,只影響差模增益沒有匹配性要求。但因為運放的選擇問題,該電路存在限制:由于N溝道MOS管正常工作的時候電流是從右向左流的,需要保證兩端電位差,即UD>US,所以Ux+必須是負電壓,而且Ux-必須小于Ux+;同時,運放供電正電源必須足夠大,即UO1-Ux+=UGS≥UGSOFF。
在滿足上述條件后,使V3保持恒定,V4從-1V變到-5V作為橫軸,將輸出電壓作為縱軸,可以計算得到CMRR為140.68dB,表現(xiàn)良好。
如果不滿足電路的限制條件,應(yīng)該如何設(shè)計該減法器電路呢?可以分為以下情況:
其實無需匹配電阻的減法器電路來源于該精密電流檢測電路,如何讀懂理解該電路圖?可以從以下幾步入手。
第一步:去掉電路的次要的部分。除非濾波器和震蕩器,一般情況下把電容舍棄掉;
這樣就可以得到一個干凈的主電路,在仿真中運放用AD8628代替,MOSFET用2N7002小信號管代替,使用虛短虛斷進行分析。運放AD8628是RRIO運放,各輸入端電位、輸出電位符合供電范圍;2N7002最大漏源電壓60V,此為48V,符合要求;運放輸出電流,MOSFET流過電流均小于最大電流,符合要求。
之后再將去掉的次要電路加入分析,可以發(fā)現(xiàn)次要電路主要用于現(xiàn)場供電以及濾波穩(wěn)定電路的作用,可以迅速建立負反饋。
理論上的積分器使無法正常工作的,因為即便不加信號的時候,它的輸出也會在負電源或者正電源上,稱之為憋死。這是因為偏置電流一直給電容充電,輸入失調(diào)電壓被放大∞倍。
可以在C1電容并聯(lián)一個100K的電阻R2,偏置電流流過R2,產(chǎn)生的電壓是有限的。并聯(lián)電阻R2,導(dǎo)致其直流噪聲增益為1+R2/R1=101倍。直流意外被放大101倍,不足以憋死運放。積分器就被救活了。并聯(lián)之后,雖然電路拓撲被改變了,但在圖中綠色頻率區(qū)間,左圖與右圖相差很小,1.6kHz以上就是一個積分器,并且電阻并得越大,相同的區(qū)間也就越大。但是輸出失調(diào)電壓也會越大,導(dǎo)致積分器再次憋死。為此,可以讓輸入信號頻率遠大于低通截止頻率,這個電路將呈現(xiàn)出積分器特性,當(dāng)f0>100f0,是“實用積分器“像“積分器“的關(guān)鍵。
原文標(biāo)題:《楊老師模擬課》?重磅回歸,第2季課程火熱播放中
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