儀表放大器故障檢查工具—“鉆石圖”

　　在一些情況下，信號(hào)在儀表放大器的額定輸入電壓范圍內(nèi)，但輸出似乎飽和。 是什么原因?qū)е铝诉@一現(xiàn)象，是器件壞了嗎?

　　2013年2月18號(hào)，一架飛機(jī)計(jì)劃從布魯塞爾飛往蘇黎世，在裝載貨物期間發(fā)生了一起驚天鉆石大劫案， 劫匪成功掠走價(jià)值約3.5億美元的鉆石，整個(gè)過(guò)程僅持續(xù)5分鐘左右， 被稱為"史上最大鉆石搶劫案之一"。 劫匪們喬裝成警察(連臂章都跟真的一樣)，謀劃周密，行動(dòng)迅速且無(wú)比精確，情節(jié)恍如現(xiàn)實(shí)版的好萊塢電影。 機(jī)上的乘客們毫不知情，直到被要求走下飛機(jī)才知道有事情發(fā)生。 隨后為了將劫匪緝拿歸案，展開(kāi)了一場(chǎng)國(guó)際大追捕。

　　從事電子設(shè)計(jì)工作的人需要關(guān)注不同的鉆石圖。 使用儀表放大器時(shí)，設(shè)計(jì)師常常觀察到一些奇怪的現(xiàn)象。 有時(shí)候可以將問(wèn)題準(zhǔn)確地解釋為“輸出飽和”，但另一些時(shí)候，問(wèn)題描述可能不那么容易明白： “增益誤差非常大”或“放大器線性度誤差很大”，甚至是“它不能正常工作”。 我們沒(méi)有解決客戶問(wèn)題的流程圖，但如果有的話，在“確保器件上電”之后必然是“檢查鉆石圖”。

　　本文所說(shuō)的鉆石圖常常是在數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供，顯示儀表放大器的輸入共模電壓與輸出電壓范圍的關(guān)系。 如果工作條件在輪廓以內(nèi)，器件應(yīng)能正常工作，否則，輸出將因?yàn)閮?nèi)部節(jié)點(diǎn)飽和而無(wú)效。

　　對(duì)于不熟悉儀表放大器的讀者，這些線性器件放大的是其輸入端之間的電壓差，與輸入電壓相對(duì)于電源電壓的大小無(wú)關(guān)。 輸入共模電壓(兩個(gè)輸入電壓的平均值)會(huì)被放大器抑制。

　　不用說(shuō)，操作會(huì)被限制在一定的電壓范圍內(nèi)，多數(shù)人會(huì)認(rèn)為該范圍小于電源電壓，因此這一般不是問(wèn)題。 然而，共模電壓進(jìn)入電路之后，不會(huì)輕易消失， 而是要在內(nèi)部將其從目標(biāo)信號(hào)中減除。 這意味著，放大的信號(hào)和共模電壓必須在電壓軌范圍內(nèi)。 輪廓有特定形狀，可以是八邊形、六邊形或平行四邊形;減除共模電壓的機(jī)制取決于具體電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 鉆石圖可能有點(diǎn)用詞不當(dāng)，但指定輸入電壓、所需輸出擺幅、基準(zhǔn)電壓和電源軌之后，這種輪廓圖可為電路設(shè)計(jì)師提供關(guān)于適當(dāng)工作范圍的有用信息。

　　處理低電源電壓和單電源應(yīng)用時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得更困難，因?yàn)殂@石圖變得更小，工作范圍變得更為受限。AD8226、AD8227、AD8420和AD8422等現(xiàn)代儀表放大器致力于將鉆石圖擴(kuò)展到盡可能大。 為了簡(jiǎn)化低壓設(shè)計(jì)，AD8237的鉆石圖超過(guò)了電源電壓，如圖1所示。

　　因此，下次利用儀表放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，記住考慮鉆石圖。 至少，這種鉆石圖不會(huì)招致國(guó)際刑警上門(mén)追查被盜的鉆石!

　　輸入共模電壓 輸出電壓

　　圖1. 輸入共模電壓與輸出電壓的關(guān)系

　　參考文獻(xiàn)

　　儀表放大器應(yīng)用工程師指南

　　Seth Cline。近年7大鉆石劫案：數(shù)百萬(wàn)美元的鉆石劫案并非好萊塢的專利 美國(guó)新聞。 2013年2月19日

　　Daniel Michaels。鉆石劫案嫌犯被抓。法國(guó)、瑞士和比利時(shí)聯(lián)手起獲鉆石和數(shù)袋現(xiàn)金。 華爾街日?qǐng)?bào)。 2013年5月8日

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