原创 消除失调电压的高手--超级伺服电路

前言：在《测量电子电路设计-模拟篇》中，作者讲述到一种超级伺服电路，不是很理解，遂查询相关资料验证，记录如下。

1、要求

要求设计一种前置低噪声的放大器，输入阻抗100k欧，电压增益60dB, 输出阻抗在1欧以下，增益频率特性是DC~100kHz，电源电压+-15V,最大输出电流是+-10mA以上，最大输出电压+-10V以上，输入换算噪声电压密度5nV/√hz。

2、作者设计的电路如下：

两级同相放大，运放作者选择的是NJM5534，在Multisim中没有这型号，我尝试用NE5534来代替，然而结果却是没有任何输出.这是什么原因呢？

真的没有输出哎，我纠结了。

无奈之下，我换运放，换成了OP07。结果好了。为了验证超级伺服电路的正确性，我往200Hz,10Vpp的正弦波输入信号中加入了10mV的直流偏置，这时候，我是没有加入超级伺服电路的（第二级放大级下面断开了与伺服电路的连接）。仿真结果如下：

可以看出，由于直流偏置也同样的被放大992倍，然后输出饱和了。

接下来我们看看超级伺服电路的能力到底如何了：

嗯嗯，真的很完美，直流偏置果断被伺服电路清理得一干二净，如此我们可以推想，在实际电路中，伺服电路也可以把失调电压给消除，很好地放大交流信号的。

3、考察完其电路性能后，我想知道这个电路的设计原理，于是得到了如下的资料：

（1）伺服的定义是：

伺服是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

（2）、问题的提出：

 尽管直流放大器有很多优点，然而输出端中点电位的漂移仍是其最大的致命伤，即使是再高级的放大器也难去除这个弊端，虽说“菱形差动电路”、“镜影对称电路”可算是比较有效的对策，但是毕竟金钱代价过高，一直等到伺服电路的出现，这个问题才勉强算解决，之所说是“勉强”是因为，用上伺服电路则使得直流放大器不能放大直流信号，这个好纠结。

（3）、正相放大伺服电路

电路中包含两组滤波器，R1和C1是被动式低通滤波器（什么是被动式），C2和R2则是主动式低通滤波器，他们两个的任务都是把放大器输出端的极低频率成分检出，作为伺服信号。两个滤波器都是以6dB/oct 的特性衰减高频。也许一开始你会以为是两组RC，而误以为是12dB/oct,实则不然。因为被动滤波器和米勒积分器的响应曲线是不一样的。

图a是米勒积分器的，它是有增益的， 故在0dB之上，图b是被动滤波器的，无增益，所以在0dB之下，那么只要令他们的截止频率相同即可合成(c)这样连续的响应曲线。所以R1=R2，C1=C2.

知识补充说明：

   分频斜率（也称滤波器的衰减斜率）用来反映分频点以下频响曲线的下降斜率，用分贝/倍频程（dB/oct）来表示。它有一阶（6 dB/oct）、二阶（12 dB/oct）、三阶（18 dB/oct）和四阶（24 dB/oct）之分，阶数越高，分频点后的频率曲线斜率就越大。较常用的是二阶分频斜率。高阶分频器可增加斜率，但相移位大；低阶分频器能产生较平缓的斜率和很好的瞬态响应，但幅频特性较差。

    oct 是 octave的简写。用log2（f2/f1）求得。（log以2为底。）所以从50hz到200hz是 log2(200/50)=2个oct。那200hz处就是2×10＋0.02=20.02db

如此，我明白了超级伺服电路的原理了。