标签: 超级伺服电路

上回书说道，用JFET代替电阻配合稳压管来工作。这次说一说在什么场合下，用什么器件来代替电容。一说电容，应该是最常见的器件，同时也是损坏率最高的器件，没有之一。 大家都经历过电容突然炸裂带来的刺激，我也是一样，每次上电做实验都反复检查就怕过压引起电容一阵青烟。以前做实验雷击浪涌发生器的专用电容发生爆炸，吓得我现在心里都有阴影。特别是像本安电路那种，可以说对电容是恨之入骨，能小则小。那有没有能代替电容的东西呢，别说还真有，当然是在一些特别的电路里。 直流偏置在放大电路里是不受欢迎的，很讨厌但还一直存在。在交流信号里，自然可以通过前端增加电容来滤除直流分量。下面电路里就是一个简单同相放大器，输入阻抗100K，放大倍数20dB，带宽0.001Hz到100KHz。输入信号为20mV直流偏置的方波信号，1Hz，50%占空比，Vpp=20mV。为什么这么设计，就是为了方便观察。 从示波器的图中可以看到，输入1Hz的时候，蓝色的输出波形没有失真。但是输入的C1为1000uF，这有点太可怕了，先不说这1000uF的体积多大，光是电容额偏差也有个20%以上。而且铝电容对温度敏感，ESR就够喝一壶的。如果做为防爆环境的本安电路，检验部门直接就不让过，想都不要想。那谁能代替C1呢？ 运放超级伺服电路（有兴趣的同仁可以参考《测量电子电路设计——模拟篇》——大师之作），大伙会说你这不就是照搬后仿真一下吗？此言差矣，我只是电路的搬运工，再说我也改了，也做对比，有点无耻了。不管怎么样，请看下图 图中把C1的1000uF电容去掉了，换成了U1B和其他电阻电容组成的积分电路，该电路的作用就是去电直流分量。从图中可以看到，波形依然没有变化，带宽也是一直，只是稍微宽一些。电容的总量也有1000uF变为2个100uF，少了800uF，而且体积变小了不少，可也以换成性能特好的钽电容，也不怕不怕热了。检测部门的大老爷们看了电路也微微点头，没有大电容的烦恼。 原理书里都说差不多了，电容隔直很简单，也很好理解。积分器可以简单说一下，交流信号经过积分后就为0了，所以输入信号经过积分电路及保留输入信号里的直流分量，再反馈到原运放的负端，形成负反馈，自然可以去掉直流分量，输出交流信号了。 虽然用积分电路代替电容，看似很麻烦，但是好处是实实在在的。毕竟仿真看来差距不大，但是要做实际电路，1000uF的电容和普通运放比起来，麻烦那可是大大的。特别是防爆环境的本安电路，不信你去问检测主检，不踢死你别来找我。 多说一句，美国人写的电子电路的书，都是一堆数学公式，神乎其神的感觉，抓不到摸不到。日本人写的电子电路的书，都是各种实际电路的图，有图有真相。完全是两种极端，但有相互补充。工程实践和理论学习同样重要，就像内功和招式缺一不可。以后会多些写理论和数学方面的文章，毕竟是本专业也不能忘了本啊。 原创 非同类可代替器件1 原创 非同类可代替器件2 原创 非同类可代替器件3——微带线代替LC 原创 非同类可代替器件4—放大电容 原创 非同类可代替器件5—放大电感

  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 Mul tisim 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 10m V 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。