差分放大器測量高電壓

圖1示出了測量大信號(hào)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(huì)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(huì)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(huì)顯著降低總體系統(tǒng)性能。

圖2所示的電路可以測量超過400V的峰峰值電壓（Vp-p），其線性誤差小于5ppm。該電路將輸入信號(hào)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(huì)增加誤差。

AD629不能穩(wěn)定在100％的反饋，所以30pF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)=13kHz.

零點(diǎn)頻率為

fz=1/(2π(20k)30pF)=265kHz.

圖3是一幅性能波形圖，示出了400V峰峰值輸入電壓（上圖）和20V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(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系，其中輸入信號(hào)每刻度表示50V，輸出信號(hào)每刻度為5V。

圖5示出了輸出非線性誤差與輸入信號(hào)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（400Vp-p），下，輸入電壓（20Vp-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50V。

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