消除失調電壓的高手--超級伺服電路

前言:在《測量電子電路設計-模擬篇》中,作者講述到一種超級伺服電路,不是很理解,遂查詢相關資料驗證,記錄如下。

1、要求

要求設計一種前置低噪聲的放大器,輸入阻抗100k歐,電壓增益60dB, 輸出阻抗在1歐以下,增益頻率特性是DC~100kHz,電源電壓+-15V,最大輸出電流是+-10mA以上,最大輸出電壓+-10V以上,輸入換算噪聲電壓密度5nV/hz

 

2、作者設計的電路如下:

 

1 (2).jpg

兩級同相放大,運放作者選擇的是NJM5534,在Multisim中沒有這型號,我嘗試用NE5534來代替,然而結果卻是沒有任何輸出.這是什麼原因呢?

 

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真的沒有輸出哎,我糾結了。

無奈之下,我換運放,換成了OP07。結果好了。爲了驗證超級伺服電路的正確性,我往200Hz,10Vpp的正弦波輸入信號中加入了10mV的直流偏置,這時候,我是沒有加入超級伺服電路的(第二級放大級下面斷開了與伺服電路的連接)。仿真結果如下:

 

3.jpg

可以看出,由於直流偏置也同樣的被放大992倍,然後輸出飽和了。

接下來我們看看超級伺服電路的能力到底如何了:

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嗯嗯,真的很完美,直流偏置果斷被伺服電路清理得一乾二淨,如此我們可以推想,在實際電路中,伺服電路也可以把失調電壓給消除,很好地放大交流信號的。

 

3、考察完其電路性能後,我想知道這個電路的設計原理,於是得到了如下的資料:

1)伺服的定義是:

伺服是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統。

 

2)、問題的提出:

 儘管直流放大器有很多優點,然而輸出端中點電位的漂移仍是其最大的致命傷,即使是再高級的放大器也難去除這個弊端,雖說“菱形差動電路”、“鏡影對稱電路”可算是比較有效的對策,但是畢竟金錢代價過高,一直等到伺服電路的出現,這個問題才勉強算解決,之所說是“勉強”是因爲,用上伺服電路則使得直流放大器不能放大直流信號,這個好糾結。

                                                                 

3)、正相放大伺服電路

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電路中包含兩組濾波器,R1C1是被動式低通濾波器(什麼是被動式),C2R2則是主動式低通濾波器,他們兩個的任務都是把放大器輸出端的極低頻率成分檢出,作爲伺服信號。兩個濾波器都是以6dB/oct 的特性衰減高頻。也許一開始你會以爲是兩組RC,而誤以爲是12dB/oct,實則不然。因爲被動濾波器和米勒積分器的響應曲線是不一樣的。

 

 

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a是米勒積分器的,它是有增益的, 故在0dB之上,圖b是被動濾波器的,無增益,所以在0dB之下,那麼只要令他們的截止頻率相同即可合成(c)這樣連續的響應曲線。所以R1=R2C1=C2.

知識補充說明:

   分頻斜率(也稱濾波器的衰減斜率)用來反映分頻點以下頻響曲線的下降斜率,用分貝/倍頻程(dB/oct)來表示。它有一階(6 dB/oct)、二階(12 dB/oct)、三階(18 dB/oct)和四階(24 dB/oct)之分,階數越高,分頻點後的頻率曲線斜率就越大。較常用的是二階分頻斜率。高階分頻器可增加斜率,但相移位大;低階分頻器能產生較平緩的斜率和很好的瞬態響應,但幅頻特性較差。

 

    oct  octave的簡寫。用log2f2/f1)求得。(log2爲底。)所以從50hz200hz log2(200/50)=2oct。那200hz處就是2×100.02=20.02db

 

如此,我明白了超級伺服電路的原理了。

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