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《楊老師模擬課》?重磅回歸,第2季課程火熱播放中

lPCU_elecfans ? 來源:未知 ? 2022-12-08 07:10 ? 次閱讀
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,Wooooooow~

《楊老師模擬課第二季》來了!!!


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~


《楊老師模擬課第二季》

part 1

《楊老師模擬課 第二季》

part 2









今天為大家分享Part 1中提到的各項(xiàng)知識點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)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……


01
標(biāo)準(zhǔn)減法器電阻的匹配





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(jì)者有微小差別,就是“失配”。現(xiàn)實(shí)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。


02
仿真軟件中便于修改的差分信號源構(gòu)建方法





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(jìn)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。


03
減法器重要指標(biāo):CMRR





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(zhǔn)。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(shí)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(jìn)行CMRR測量,CMRR越大,這個電路越接近于理想的減法器。



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04
準(zhǔn)確進(jìn)行共模增益測量





仿真軟件中的Uout由于輸出很小,易受運(yùn)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(zhǔn)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。



05
電阻匹配的減法器具有極高的CMRR





得到了差模增益和共模增益,即可計(jì)算得出CMRR,但這與理論上無窮大并不相符。這是因?yàn)闇p法器中使用到的運(yùn)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(yùn)放的CMRR。


06
標(biāo)準(zhǔn)減法器的電阻失配





現(xiàn)實(shí)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(dá)到高CMRR,基本是夢想。




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07
提高CMRR的方法





選用集成減法器,內(nèi)部集成電阻,可以達(dá)到很好的一致性。

08
提高CMRR的方法二





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?yàn)檫\(yùn)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(fù)電壓,而且Ux-必須小于Ux+;同時,運(yùn)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(jì)算得到CMRR為140.68dB,表現(xiàn)良好。


09
無需匹配電阻的減法器變形電路





如果不滿足電路的限制條件,應(yīng)該如何設(shè)計(jì)該減法器電路呢?可以分為以下情況:
  • 面對兩個都是負(fù)電壓的測量點(diǎn)

  • 面對兩個都是正電壓的測量點(diǎn)
  • 測量點(diǎn)一正一負(fù)




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10
實(shí)用的精密電流檢測電路讀圖





其實(shí)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;

第二步看運(yùn)放供電,進(jìn)一步凸顯主電路。


這樣就可以得到一個干凈的主電路,在仿真中運(yùn)放用AD8628代替,MOSFET用2N7002小信號管代替,使用虛短虛斷進(jìn)行分析。運(yùn)放AD8628是RRIO運(yùn)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(yùn)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(fù)反饋。


11
無法使用的理論積分器





理論上的積分器使無法正常工作的,因?yàn)榧幢悴患有盘柕臅r候,它的輸出也會在負(fù)電源或者正電源上,稱之為憋死。這是因?yàn)槠秒娏饕恢苯o電容充電,輸入失調(diào)電壓被放大∞倍。


12
如何避免憋死?





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(yùn)放。積分器就被救活了。


并聯(lián)之后,雖然電路拓?fù)浔桓淖兞耍趫D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(yuǎn)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(shí)用積分器“像“積分器“的關(guān)鍵。



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