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跨阻放大器缓冲电流互感器的技术处置方案

来源:analog 发布时间:2023-08-08

摘要: 一个通用的电流测量系统采用电流互感器,交流耦合到一个跨阻放大器。

一个通用的电流测量系统采用电流互感器,交流耦合到一个跨阻放大器。

关于跨电阻抗和跨电阻抗:“跨电阻抗”和“跨电阻抗”这两个词通常可以互换使用。从技术上讲,这两个术语有所不同:跨阻放大器提供的输出电压是输入电流的函数;相反,跨导放大器将电压转换为电流。

电流互感器不仅在许多应用中是一种方便的电流测量手段,而且在从源吸收很少功率的同时提供隔离。电流互感器的输出电流可以用一个适当值的电阻转换成电压,但这种方法会大大降低互感器的高频响应。

在大多数电流测量应用中,跨阻放大器是一种将电流转换为电压的好方法。电流源输入运算放大器的虚拟地,并且可以通过改变单个电阻器的值来调整跨阻(图1)。这种布置的另一个好处是,输入失调电压的电路增益不大于1。


图1所示 对于电阻值小于20毫欧,这种简单的跨阻放大器可以与一些电流源一起使用

众所周知,20毫欧以上的电阻值很难应用。对于需要高于20毫欧的跨阻的应用,请考虑图2中的电路。输出分压器增加电压增益,使跨阻值倍增,使有效跨阻大于200毫欧。注意,输入偏置电压的增益现在等于附加电压增益。


图2 该电路中的附加电压增益(与图1相比)提供了大于200毫欧的有效跨阻

这些形式的跨阻放大器对于非常类似于理想电流源的输入非常有用,例如光电二极管前置放大器。然而,这些形式不适合与电流互感器一起使用。电流互感器类似于理想的电流源,但它的源阻抗在直流电流下为零。(真正的电流源在所有频率下都表现出无限的阻抗。)

运放反相输入端的虚地(求和节点)不是处于零电位,而是处于等于运放输入偏置电压的电位。因此,将电流互感器连接到直接对地求和节点的输入短路,使输出(VOUT)等于输入偏置乘以放大器的开环增益。因此,输出在正方向或负方向上饱和,使该方法无效。

图3中的电路通过将电流互感器与跨阻放大器进行交流耦合来克服这个问题。请注意,所需的电容值取决于应用;电容值影响低频响应,通过与变压器电感共振,产生高频输出峰值。沉降时间取决于R1和C1的值,可能长达一秒。这种行为在放大器只开启短时间的系统中可能是一个问题。


图3 交流耦合使该电路能够容忍电流互感器输入的零源阻抗(在直流处)

图3中放大器的选择取决于应用,但通常需要宽带宽、低输入偏置和低功耗运行。

这个设计理念(#597)出现在2004年5月的《Selezione》(意大利)上。



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