圖1示出了測量大信號的兩種方法。第一種方法包括一個(gè)雙電阻分壓器和一個(gè)輸出緩沖;第二種方法包括一個(gè)具有很大衰減的反相器。這兩種方法都會引起測量誤差,因?yàn)橹挥幸恢浑娮杵飨墓β识l(fā)熱。這種電阻的自熱和相關(guān)的變化會導(dǎo)致很大的線性誤差。這些方法的另一個(gè)問題與放大器有關(guān)。放大器和電阻器的失調(diào)電流、失調(diào)電壓、共模抑制比(CMRR)、增益誤差和漂移可能會顯著降低總體系統(tǒng)性能。
圖2所示的電路可以測量超過400 V的峰峰值電壓(Vp-p),其線性誤差小于5 ppm。該電路將輸入信號衰減到1/20然后通過緩沖輸出。由于該放大器和兩只衰減電阻器被封裝在一起,所以衰減器中的兩只電阻器串具有相同的溫度。放大器電路級采用超β晶體管,因此失調(diào)電流和偏置電流誤差都很小,另外,因?yàn)闆]有噪聲增益(例如,在低頻時(shí)有100%的反饋),所以失調(diào)電壓及其漂移幾乎不會增加誤差。
AD629不能穩(wěn)定在100%的反饋,所以30 pF電容器給反饋增益增加了一個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn),從而穩(wěn)定了電路并且增大了系統(tǒng)帶寬。極點(diǎn)頻率為
fp = 1/ ( 2π (380k+20k) 30pF) = 13 kHz.
零點(diǎn)頻率為
fz = 1/ ( 2π (20k) 30pF) = 265 kHz.
圖3是一幅性能波形圖,示出了400 V峰峰值輸入電壓(上圖)和20 V峰峰值輸出電壓(下圖)。
圖4也是一幅性能波形圖,示出了輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系,其中輸入信號每刻度表示50 V,輸出信號每刻度為5 V。
圖5示出了輸出非線性誤差與輸入信號的關(guān)系曲線。
圖1:如何測量高電壓
圖2:新的高電壓測量系統(tǒng)
圖3:性能波形圖:上,輸入電壓(400 Vp-p),下,輸入電壓(20 Vp-p)。
圖4:高電壓測量系統(tǒng)的輸出與輸入關(guān)系曲線。
圖5:高電壓測量系統(tǒng)的非線性誤差:
Y軸:輸出非線性誤差,每刻度10ppm。
X軸:輸入電壓,每刻度50 V。