纪客老白【每日答疑】钳形互感器,可以有哪些改进?运放处理上,有哪些建议?uA级别的信号放大处理需要注意的一些问题。

纪客老白【每日答疑】钳形互感器,可以有哪些改进?运放处理上,有哪些建议?uA级别的信号放大处理需要注意的一些问题。_第1张图片
学生提问:白老师,您好!我在一钳形电流互感器放大电路遇到一些情况。
(1)目的:把一导线上50uA,0.5Hz电流,通过钳形互感器感应转换后,经过运放处理得出AD可测的0-2.5V的信号。
钳形互感器:电感量是6H,匝数是1000,线圈内阻时12R。
运放电路:钳形互感器并联50R电阻后,先后经过四级反相放大电路,运放采用的是单电源AD8552,正输出端都经过一基准进行了合适抬高处理。
(2)现象:
1)最后输出,在钳形互感器无响应的情况下,输出比较不稳定,设计理论值稳定在1.25V,但实际是跳动比较大(超过500mV)。
2)三级输出较最后输出稳定,二级输出较三级输出稳定,即放大倍数越大,输出越不稳定。(经过计算,一、二、三、四级放大倍数约分别为864、17、6)。
注:以上情况,电源和基准均在稳定前提下。
(3)针对对上述情况:
1)钳形互感器,可以有哪些改进?
2)运放处理上,有哪些建议?
3)uA级别的信号放大处理需要注意的一些问题。
白老师答:(1)首先我们分析在无响应的状态下跳动比较大的问题,一般情况下基本是你的输入偏置电压过大导致,而且你是多级运放级联,产生这样问题的概率就更大;一般而言我们Vos都是针对于输入信号直流成分而言,我们希望Vos<<输入信号的直流分量;针对于这个问题,我们一般主要有以下几个方法可以解决此问题:A.选型Vos较小的运放;B.调零电路
(2)针对运放级联设计:
A多级运放级联的时候,有两个参数非常重要,一个是单位增益带宽Unity Gain-bandwidth,UGBW:指的是在运放开环增益/频率图中,开环增益下降到 1 时的频率;另外一个参数是增益带宽积(Gain Bandwidth Product, GBP 或者 GBW:指的是开环增益与该指定频率的乘积。在这两个重要参数里面,最重要的参数是GBP.
B.GBP为常数,即GainBandwidth = constant,可见增益和带宽成相反的趋势,即增益越大,则其对应的带宽就越小;增益越小,则对应的带宽越大。当增益=1=0dB的时候,此时的带宽最大,即我们另外一个参数UGBW.
C.从上面的角度分析,我们在进行运放级联的设计过程中,我们要兼顾带宽和增益,一般我们要优先考虑带宽,我们要确保整个信号链路上其带宽是足够的,但是针对于微小信号我们又需要一个非常大的增益,那么这个时候怎么办,这个时候我们一是采取多级级联的方式来进行大增益的放大,比如说3级,则3极运放其总增益=G1G2G3,假如说我们G1=G2=G3,则G1G2G3=1000,这样的一个增益其实已经非常大了,与此同时,由于增益为10,则其带宽也会比较大,所以在这种情况下,我们的增益和带宽都到了满足;虽然我们这位同学其输入信号的频率只有0.6Hz,但是第一级运放其增益太大,首先带宽会下降,而且增益过高的时候容易产生各种各样的问题,比如振荡等.*
D.我们这边有一个工程经验可以给大家共享:我们在进行运放级联设计的时候,我们优先考虑带宽,一般情况下每级运放其增益≤10,这样我们就可以实现既兼顾带宽,又考虑增益.
E.但是如果级联的运放比较多的话还会产生另外一个问题,有可能会产生振荡,所以在整个级联的过程中我们还需要做好相位补偿.
(3)针对于uA级别的信号设计的问题:
A.uA级别的信号其实从电流角度而言算是比较大了,不算是微弱信号,只能算是小信号.
B.对于uA级别的小信号而言,我们主要关注其真个运放链路其关键器件的参数,然后使用正常的I-V转换电路,基本上可以获得比较稳定的电路.
C.针对于其运放链路其关键器件的参数,说先是运放,我们要从Vos,Ibias,Ioffset,GBP,noise等参数进行考量;然后运放其反馈电阻网络中电阻的选型也尤为重要,针对于电阻而言,其在反馈补偿等应用电路中,我们一定要选取其公差较小,温度系数误差较小的电阻等等.

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