《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)心得

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)心得自動化一班 劉文杰 20151506087時間過得真快，為期一學(xué)期的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)就快結(jié)束了。還清晰記得開學(xué)初剛拿到這本書的時候，面對如此厚的一本書，彷佛感受到了今后學(xué)習(xí)的艱辛。剛開始接觸時，感覺這門課真的很難，雖然時間花得比較多，但還是收效甚微。在后來的幾個星期，我下定決心堅持預(yù)習(xí)，在自己的努力下，終于跟上了老師的思路和進度，收效與時間成正比?？偟膩碚f，感覺對這門課程的吸收還是比較理想的。很高興自己能夠遇上如此負責(zé)的老師。每次上課聽著老師親切的聲音和不間斷的講解，我都彷佛能夠看到老師辛苦備課的情形。聽了老師的課后，我對書中內(nèi)容的了解更加清晰和深刻了，課后不用花很多時間來鞏固，有種事半功倍的成就感。老師對作業(yè)的要求也使我獲利不少，因為老師每次交作業(yè)后都會仔細講解一番。我覺得這樣自己能夠更加積極主動地去對待作業(yè)，可以更加自由地支配作業(yè)、預(yù)習(xí)、鞏固的時間，使時間的利用率最高。另一方面，我覺得老師不僅是傳授我們知識，更是教我們?nèi)绾巫鋈?，尤其是在守時和尊重人方面。要想獲得他人的尊重，首先要學(xué)會尊重他人。上完了這學(xué)期的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課，收獲了很多，既擴充了自己的知識和思維，又懂得如何更加完善地做人。第一，掌握一些思考的方法，對待問題比較嚴(yán)謹。解決一個問題，應(yīng)該選用正確的方法，否則將會很難甚至無法解決一個問題。例如，在求不同組態(tài)負反饋的電壓放大倍數(shù)時，不同組態(tài)有不同的方法，方法上必須要對應(yīng)。對于同一問題的不同解法，尤其要注意方法的適用范圍，在合適的范圍內(nèi)使用方法。例如，在用微變等效電路求解有關(guān)基本放大電路時，只有輸入信號是低頻小信號時才成立，否則會造成很大的誤差甚至是錯誤。在分析一些比較復(fù)雜的問題時，要學(xué)會站在更高的層次看待問題，要學(xué)會模塊化地分析問題而不局限于其中的每個元件。例如，在運算放大電路分析中，在掌握基本模塊如反相比例運放、同相比例運放等的前提下，對一些較為復(fù)雜的電路，可利用疊加原理看成是這些基本模塊的疊加，從而簡化問題的分析。第二，對一些工程思想有了初步的認識。俗話說：人無完人。當(dāng)然作為每個具體的電路，在具有優(yōu)點的同時肯定具有缺點的。我們分析問題的時候，不能一味地鉆牛角尖，幻想找到一個能夠十全十美解決問題的方法。很多時候，我們可以根據(jù)實際的要求，作一些合理的近似。先主要考慮最主要因素的影響，而忽略一些次要因素的影響，然后再在主要因素主導(dǎo)的方向下，結(jié)合實際的要求考慮其他次要因素。這樣做往往能很大程度上簡化問題，但又不會產(chǎn)生很大的誤差。最后，自己更加深刻體會到了守時的重要性。雖然我們不能駕馭時間，但時間觀淡薄的人將不會有很大的成就。守時不是一種形式，而是一種態(tài)度！黑夜中的船因有燈塔而不會迷失方向，而我堅信：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課上的收獲，將使我終生受用。模擬信號隔離應(yīng)用中隔離放大器設(shè)計的黃金法則自動化二班 20151506012 崔海龍在電機和電子設(shè)計中經(jīng)常需要對模擬信號進行隔離。模擬信號可以承載代表電壓、電流、溫度、壓力、位置和流量等物理世界的信息，這些模擬信號通常必須在具有較大電平差，或者模塊接地面間具有感應(yīng)電氣噪聲的場合，由一個電路模塊傳送到另一個。這些常見的電路問題可能會影響數(shù)據(jù)的精確性、破壞測量系統(tǒng)，甚至于威脅到使用者的安全。隔離放大器提供了一個可以解決這些問題的簡單且高性價比的方案。這個方案通過采用Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器和光電耦合技術(shù)，在電氣隔離屏障后精確地重建輸入信號。采用微型化可自動插入封裝供貨，使用這些隔離放大器進行設(shè)計就如同將信號連接到輸入并取得隔離后輸出一樣簡單(參見圖1)。圖1：隔離放大器在模擬信號隔離電路中的使用。部分使用隔離放大器的應(yīng)用包括模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、熱電偶和轉(zhuǎn)換器等感應(yīng)電路、病患監(jiān)測設(shè)備、電機速度和位置測量電路、音頻和視頻放大器，以及電源供應(yīng)器中的電壓反饋等。圖2顯示了隔離放大器應(yīng)用在電機控制系統(tǒng)中作為電流傳感器的典型應(yīng)用，基于這個電路，我們將討論幾個“應(yīng)該和不應(yīng)該”的做法，幫助大家利用隔離放大器輕松實現(xiàn)模擬信號隔離設(shè)計。圖2：電機控制電路中使用的隔離放大器電流傳感器。電源供電應(yīng)該為隔離放大器VDD1和VDD2提供獨立電源 在圖2的電路中，來自于高壓(或高電位)端的信號必須和低壓(低電位)端隔離，同樣的VDD1和VDD2電源也一樣需要隔離。在這個例子中，高電壓端電源VDD1可以由推動高電壓端功率晶體管的電源供應(yīng)器取得，而在低電壓端，VDD2則可以連接到通常會和交流市電隔離的控制器電源。同樣的，GND1和GND2也應(yīng)該各自獨立。不應(yīng)該忽略VDD1和VDD2的旁路電容 ACPL-C78X使用Sigma-Delta過采樣技術(shù)將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為可以通過光學(xué)屏障傳送的高速位流，在輸出端，這個位流再通過模擬濾波器過濾并重建輸入信號。需要旁路電容的主要原因在于隔離放大器中信號的高速數(shù)字特性。在印刷電路板上，旁路電容C1和C3必須盡可能地接近各自的隔離放大器引腳。注應(yīng)該意電源接腳上的電壓瞬變 電源連接線上過大的電壓瞬變可能造成電氣過載情況下器件的損壞，電源引腳上的浪涌也可能會觸發(fā)器件進入鎖定(latch-up)狀態(tài)。除了在電源引腳上連接旁路電容外，也可以通過其他方式來減輕電源上的噪聲和紋波，例如在穩(wěn)壓器的輸入上串接一個電阻或電感，就可以和穩(wěn)壓器的輸入旁路電容形成一個低通濾波器來減輕紋波。連接輸入端應(yīng)該在輸入端加入RC抗混疊濾波器 在輸入端加入抗混疊濾波器，如圖2中由R2和C2所構(gòu)成的RC低通濾波器，可以避免高頻噪聲混疊到較低頻率，造成輸入信號的干擾。RC低通濾波器也在可靠性上扮演了非常重要的角色，它可以有效減輕靜電放電和電氣過載時流經(jīng)隔離放大器輸入電路的瞬變浪涌。應(yīng)該采用差動輸入模式以取得較佳共模噪聲抑制能力 在圖2中，ACPL-C78X采用了單端輸入方式連接。由于該隔離放大器擁有全差分式輸入結(jié)構(gòu)，因此建議使用差分輸入連接方式，如圖3中的平衡輸入模式來取得較好的性能。兩根引腳上信號取樣時的開關(guān)動作所帶來的輸入電流會在濾波器電阻上取得平衡并且相互抵消，感應(yīng)到其中任何一根引腳上的噪聲會通過電容C耦合到另一根而形成共模噪聲，隔離放大器對此共模噪聲加以抑制從而防止其對輸出信號造成干擾。RA和RB的典型值為22，C則為10nF。圖3：經(jīng)過簡化的差分輸入連接。在高噪聲應(yīng)用中使用隔離放大器應(yīng)該注意閂鎖效應(yīng) CMOS器件的閂鎖效應(yīng)風(fēng)險必須要仔細考慮，特別是直接連接到易受經(jīng)常出現(xiàn)瞬變噪聲影響的信號源時。ACPL-C78X的模擬輸入結(jié)構(gòu)在設(shè)計上考慮了經(jīng)常發(fā)生在高噪聲應(yīng)用環(huán)境，例如電機驅(qū)動設(shè)備和其他電源逆變系統(tǒng)中的瞬變和浪涌，其它可能在輸入上造成電壓瞬變的場合包括短路和過載。ACPL-C78X經(jīng)過-2V到6V的直流電壓測試，加上高達-6V的瞬變電壓兩秒鐘，并未發(fā)生閂鎖反應(yīng)或器件受損的情況1。應(yīng)該檢查VIN+和VIN-到GND1接地的輸入共模電壓 隔離放大器的差模輸入采用全差分開關(guān)電容電路實現(xiàn)。與使用具備差分式輸入的隔離放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器類似，設(shè)計工程師必須了解通常會在數(shù)據(jù)手冊中標(biāo)明的輸入共模電壓。舉例來說，ACPL-C78X的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊就標(biāo)明VIN+和VIN-的工作輸入電壓限制為2V，超過這個限制就可能會損害增益和系統(tǒng)的性能1。隔離不應(yīng)該混淆隔離電壓和工作電壓 在設(shè)計模擬信號隔離電路時，設(shè)計工程師必須考慮到隔離放大器的隔離電壓和連續(xù)工作電壓，以確保產(chǎn)品符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)。隔離電壓代表了在輸入和輸出上可以短暫承受的電壓大小，依UL 1577標(biāo)準(zhǔn)，Avago的每一個隔離放大器都通過加上大于或等于1.2倍額定電壓一秒鐘進行驗證和安全性測試，泄漏電流? 5A，例如通過5000Vrms2驗證的ACPL-C78A在批量生產(chǎn)測試中，每個器件都以6000Vrms進行一秒鐘測試。隔離電壓是一個不應(yīng)該被視為輸入輸出連續(xù)電壓的絕緣電壓規(guī)格。工作電壓則是系統(tǒng)保證可以持續(xù)安全工作而不會傷害隔離屏障的最高電壓值，依IEC/EN/DIN EN 60747-5-2，ACPL-C78X系列的最高工作絕緣電壓為1140Vpeak，并且可以在806Vrms下連續(xù)工作。如果需要1000Vrms的工作電壓，那么可以使用HCNR2013，如果891Vpeak就可以滿足設(shè)計要求，HCPL-7800A4也可以是一個選擇。HCNR201和HCPL-7800A都是安華高科技公司所提供的高線性模擬光電耦合器產(chǎn)品。電流感應(yīng)的分流器選擇搭配分流電阻，隔離放大器可以形成隔離電流傳感器，分流器的選擇通常是在最低功耗和最大精確性間進行折中。較小的電阻值可以降低功率耗損，但較大的電阻值則可以通過使用隔離放大器的完整輸入范圍來改善電路的精確性。由分流器在正常工作情況下可以承受的峰植電流和隔離放大器的目標(biāo)輸入范圍，我們可以使用歐姆定律來計算出分流電阻的大小。調(diào)?？梢詫⒎至麟娮璞旧碚`差值所帶來的測量誤差消除，但卻無法解決因溫度和時間所造成的電阻漂移問題。電阻的溫度系數(shù)(TCR)是用來描述特定溫度范圍內(nèi)因環(huán)境溫度改變所造成的電阻值變化，50ppm/oC的分流電阻是常見的選擇，市面上也提供有10ppm/oC的分流電阻產(chǎn)品，我們可以參考相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊對它的工作條件進行研究，并留意有時可能出現(xiàn)的非線性響應(yīng)。不應(yīng)該只注意標(biāo)稱功率規(guī)格 分流器的額定功率是一個非常重要的選擇條件，在設(shè)計中，分流器上的功率消耗可以通過I(rms)2xR得出，脈沖電流所造成的功率耗損也應(yīng)該加入計算。查看分流電阻規(guī)格時，如果考慮到環(huán)境溫度，設(shè)計工程師必須注意標(biāo)稱額定功率外的情況，并參考功率下滑曲線。另外，和直接采用氣流散熱的產(chǎn)品比較，部分分流電阻還可以加上散熱片來有效強化可以處理的功率等級，因此最好使用具備足夠功率處理能力的分流電阻以保留設(shè)計的安全余裕空間。