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使用精密运放测量直流电压的微小阶跃变化的办法

来源:analog 发布时间:2023-08-24

摘要: 简单的电平转换电路使用精密运算放大器跟踪小的直流电压变化。当我们想要捕获低电平、长持续时间的信号时,我们需要有足够的输入阶跃分辨率和抵消大直流电平的能力。这是一个可以在示波器中找到的功能,但范围有限。本应用笔记概述了执行此测量的方法。

输入直流电压低

在带交流耦合的示波器上观察信号时,长时间波形如图1所示。这种畸变波形是由示波器输入端的输入阻抗形成的高通滤波器引起的。测量这一点的正确方法是通过直流耦合输入信号,并使用示波器上的“偏移”功能将示波器的迹线置于范围内。当输入电压的直流电平较低时,这种方法很有用,因此示波器的“偏移”范围足够宽,可以捕获波形。

图1所示 交流耦合低频方波

高输入直流电压,低电平信号变化

当输入信号的直流电平比信号电平高时,例如在5V输入上进行10mV阶跃变化,示波器上的偏移函数可能没有足够宽的范围使波形在显示器上具有可接受的分辨率。如图2所示,电平移位电路可用于操纵输入信号,以便在示波器上重新观察。U1是一个通用的低偏置运算放大器。通过电阻R2对运算放大器的和输入施加一个大小相等的负电压。观察带直流耦合的输出。请注意,由于放大器的增益为-10,输出与输入是反向的。根据需要使用示波器的“反相”功能来反相走线。大多数函数发生器的驱动能力在5mA左右。图2中从函数发生器提取的电流为2.5mA (5V/2k欧姆)。当输入直流电压大于5V时,增加R1。设R2 = R1, R3 = 10 × R1,保持相同的求和函数和增益。这种电路的优点是可以放大信号电平的变化。缺点是电流是从信号源引出的,输出是反向的。

图2 带增益的电平漂移

高输入直流电压,高电平信号变化

当输入信号电平变化高时,图3提供了方便观察输出的电路。Q1和Q2是PNP晶体管(2N2907A)。U2是一种通用的低偏置运算放大器。R1 = R2时,集电极Q1的电流为

I(q1) = (v (cc) - v (be)) / (r3 + r2)

R4上的电压是I(Q1) × R4。调整R4以取消输入信号的直流电平。然后可以使用示波器上的直流耦合器监测输出信号。电路增益为+1。这种电路的优点是输出与输入信号同相,从信号源吸取的电流可以忽略不计。

图3 增益为1的电平转换



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