鉗形電流互感器放大電路遇到一些情況分析

老白

1. 鉗形電流互感器放大電路遇到一些情況。

（1）目的：把一導(dǎo)線上50uA，0.5Hz電流，通過鉗形互感器感應(yīng)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過運放處理得出AD可測的0-2.5V的信號。

鉗形互感器：電感量是6H，匝數(shù)是1000，線圈內(nèi)阻時12R。

運放電路：鉗形互感器并聯(lián)50R電阻后，先后經(jīng)過四級反相放大電路，運放采用的是單電源AD8552，正輸出端都經(jīng)過一基準(zhǔn)進(jìn)行了合適抬高處理。

（2）現(xiàn)象：

1）最后輸出，在鉗形互感器無響應(yīng)的情況下，輸出比較不穩(wěn)定，設(shè)計理論值穩(wěn)定在1.25V，但實際是跳動比較大（超過500mV）。

2）三級輸出較最后輸出穩(wěn)定，二級輸出較三級輸出穩(wěn)定，即放大倍數(shù)越大，輸出越不穩(wěn)定。（經(jīng)過計算，一、二、三、四級放大倍數(shù)約分別為864、17、6）。

注：以上情況，電源和基準(zhǔn)均在穩(wěn)定前提下。

（3）針對對上述情況：

1)鉗形互感器，可以有哪些改進(jìn)？

2)運放處理上，有哪些建議？

3)uA級別的信號放大處理需要注意的一些問題。

(1)首先我們分析在無響應(yīng)的狀態(tài)下跳動比較大的問題，一般情況下基本是你的輸入偏置電壓過大導(dǎo)致，而且你是多級運放級聯(lián)，產(chǎn)生這樣問題的概率就更大；一般而言我們Vos都是針對于輸入信號直流成分而言，我們希望Vos<<輸入信號的直流分量；針對于這個問題，我們一般主要有以下幾個方法可以解決此問題:A.選型Vos較小的運放;B.調(diào)零電路

(2)針對運放級聯(lián)設(shè)計:

A多級運放級聯(lián)的時候，有兩個參數(shù)非常重要，一個是單位增益帶寬Unity Gain-bandwidth,UGBW:指的是在運放開環(huán)增益/頻率圖中，開環(huán)增益下降到 1 時的頻率；另外一個參數(shù)是增益帶寬積（Gain Bandwidth Product， GBP 或者 GBW:指的是開環(huán)增益與該指定頻率的乘積。在這兩個重要參數(shù)里面，最重要的參數(shù)是GBP.

B.GBP為常數(shù)，即Gain*Bandwidth = constant，可見增益和帶寬成相反的趨勢，即增益越大，則其對應(yīng)的帶寬就越��；增益越小，則對應(yīng)的帶寬越大。當(dāng)增益=1=0dB的時候，此時的帶寬最大，即我們另外一個參數(shù)UGBW

C.從上面的角度分析，我們在進(jìn)行運放級聯(lián)的設(shè)計過程中，我們要兼顧帶寬和增益，一般我們要優(yōu)先考慮帶寬，我們要確保整個信號鏈路上其帶寬是足夠的，但是針對于微小信號我們又需要一個非常大的增益，那么這個時候怎么辦，這個時候我們一是采取多級級聯(lián)的方式來進(jìn)行大增益的放大，比如說3級，則3極運放其總增益=G1*G2*G3,假如說我們G1=G2=G3,則G1*G2*G3=1000，這樣的一個增益其實已經(jīng)非常大了，與此同時，由于增益為10，則其帶寬也會比較大，所以在這種情況下，我們的增益和帶寬都到了滿足；雖然我們這位同學(xué)其輸入信號的頻率只有0.6Hz,但是第一級運放其增益太大，首先帶寬會下降，而且增益過高的時候容易產(chǎn)生各種各樣的問題，比如振蕩等

D.我們這邊有一個工程經(jīng)驗可以給大家共享：我們在進(jìn)行運放級聯(lián)設(shè)計的時候，我們優(yōu)先考慮帶寬，一般情況下每級運放其增益≤10，這樣我們就可以實現(xiàn)既兼顧帶寬，又考慮增益

E.但是如果級聯(lián)的運放比較多的話還會產(chǎn)生另外一個問題，有可能會產(chǎn)生振蕩，所以在整個級聯(lián)的過程中我們還需要做好相位補償

(3)針對于uA級別的信號設(shè)計的問題:

A.uA級別的信號其實從電流角度而言算是比較大了，不算是微弱信號，只能算是小信號

B.對于uA級別的小信號而言，我們主要關(guān)注其真?zhèn)�運放鏈路其關(guān)鍵器件的參數(shù)，然后使用正常的I-V轉(zhuǎn)換電路，基本上可以獲得比較穩(wěn)定的電路

C.針對于其運放鏈路其關(guān)鍵器件的參數(shù)，說先是運放，我們要從Vos,Ibias,Ioffset,GBP,noise等參數(shù)進(jìn)行考量；然后運放其反饋電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的選型也尤為重要，針對于電阻而言，其在反饋補償?shù)葢?yīng)用電路中，我們一定要選取其公差較小，溫度系數(shù)誤差較小的電阻等等

更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考老白硬件特訓(xùn)班:

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c-s.w4002-21870440440.43.c3cb1839bIEpvV&id=631528631075