原创 利用差分放大器测量高电压信号

图1给出了测量高电压信号的两种方法。第一种方法采用一个双电阻分压器和一个输出缓冲器；第二种方法采用一个具有很大衰减的反相器。这两种方法都会引起测量误差，因为只有一个电阻将因消耗功率而发热。电阻的自热和相关阻值变化会产生很大的线性误差。这些方法的另一个问题与放大器有关。放大器和电阻的偏移电流、偏移电压、共模抑制比(CMRR)、增益误差和漂移等都可能显著降低总体系统性能。

图2所示电路可以测量超过400V的峰峰值电压，线性误差小于5ppm。该电路将输入信号衰减到只有原来幅值的1/20，然后通过缓冲器输出。由于放大器和两个衰减器电阻封装在一起，所以衰减器中两个电阻器具有相同的温度。放大器电路级采用超β晶体管，因此偏移电流和偏置电流误差都很小。另外，因为没有噪声增益(例如在低频时的反馈率为100%)，所以偏移电压及其漂移几乎不会增加误差。

AD629不能稳定在100％的反馈率，因此30pF的电容器给反馈增益增加了一个极点和一个零点，从而稳定电路并增大系统带宽。极点的频率为

fp=1/(2π× (380k+20k)×30pF)=13kHz

零点频率为:

fz=1/(2π×(20k) × 30pF)= 265kHz

图1：测量高电压信号的两种方法：第一种方法采用一个双电阻分压器和一个输出缓冲器(左)，第二种方法采用一个具有很大衰减的反相器(右)。

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图2：新的高电压信号测量电路可以测量超过400V的峰峰值电压，线性误差小于5ppm。

图3a是一个性能波形图，上面波形的输入电压等于400V峰峰值，下波形的输入电压等于20V峰峰值。图3b也是一个性能波形图，它给出了输出信号与输入信号之间的关系，其中输入信号每刻度代表50 V，输出信号每刻度为代表5V。图3c为输出非线性误差与输入信号的关系曲线。

图3：性能波形图：上面波形的输入电压为400Vpp，下面波形的输入电压为20Vpp(a)；高电压信号测量系统的输出与输入关系曲线(b)；高电压信号测量系统的非线性误差(c)。

作者：Moshe Gerstanhaber，Chau Tran；Analog Devices公司