原创 差分放大器测量高电压

差分放大器测量高电压

作者：Moshe Ge     文章来源：美国模拟器件公司

图1示出了测量大信号的两种方法。第一种方法包括一个双电阻分压器和一个输出缓冲；第二种方法包括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，因为只有一只电阻器消耗功率而发热。这种电阻的自热和相关的变化会导致很大的线性误差。这些方法的另一个问题与放大器有关。放大器和电阻器的失调电流、失调电压、共模抑制比（CMRR）、增益误差和漂移可能会显著降低总体系统性能。
 
    图2所示的电路可以测量超过400 V的峰峰值电压（Vp-p），其线性误差小于5 ppm。该电路将输入信号衰减到1/20然后通过缓冲输出。由于该放大器和两只衰减电阻器被封装在一起，所以衰减器中的两只电阻器串具有相同的温度。放大器电路级采用超β晶体管，因此失调电流和偏置电流误差都很小，另外，因为没有噪声增益（例如，在低频时有100%的反馈），所以失调电压及其漂移几乎不会增加误差。
 
    AD629不能稳定在100％的反馈，所以30 pF电容器给反馈增益增加了一个极点和一个零点，从而稳定了电路并且增大了系统带宽。极点频率为
 
    fp = 1/ ( 2π (380k+20k) 30pF) = 13 kHz.
 
    零点频率为
 
    fz = 1/ ( 2π (20k) 30pF) = 265 kHz.
 
    图3是一幅性能波形图，示出了400 V峰峰值输入电压（上图）和20 V峰峰值输出电压（下图）。
 
    图4也是一幅性能波形图，示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表示50 V，输出信号每刻度为5 V。
 
    图5示出了输出非线性误差与输入信号的关系曲线。 
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       图2：新的高电压测量系统 
 

图3：性能波形图：上，输入电压（400 Vp-p），下，输入电压（20 Vp-p）。 

 
图4：高电压测量系统的输出与输入关系曲线。 

 
图5：高电压测量系统的非线性误差：
Y轴：输出非线性误差，每刻度10ppm。
X轴：输入电压，每刻度50 V。