簡述FLUKE 5500A/5520A的基準(zhǔn)工作原理

[i=s] 本帖最后由 thy888 于 2012-10-25 10:26 編輯 [/i]

簡述FLUKE 5500A/5520A的基準(zhǔn)工作原理 FLUKE 5500A的精密PWM方式D/A轉(zhuǎn)換電路，需要一個±7V的參考電壓，供D/A電路產(chǎn)生-6.6V→+6.6V精密的源電壓，用于生成各種需要的測試。5500A的±7V參考電壓電路的核心采用了FLUKE的一個專利器件LTFLU-1ACH，這個器件在FLUKE的精密儀器中使用已經(jīng)有30年以上的歷史了，從FLUKE 8502A，8840A早期的數(shù)表到最新的源FLUKE 5720A中均可以見到這個器件的影子，當(dāng)然不同等級儀器中對其老化篩選的要求是不同的。這個器件可以說是久經(jīng)考驗的最優(yōu)秀的基準(zhǔn)器件之一，能與之媲美的估計就只有LTZ1000A了。在FLUKE的文獻中，LTFLU-1ACH叫做參考放大器，由它配合周邊器件可以得到單7V，±7V ，10V，14V的精密參考電壓，其中的7V使用1只LTFLU-1ACH，14V使用2只LTFLU-1ACH串聯(lián)，均無需升壓電阻，輸出電壓就是深埋齊納二極管的自身電壓，具有極高的穩(wěn)定度和老化特性。而10V需要升壓電阻參與，732A/B中均是這樣，對升壓電阻的要求極高，否則10V的輸出穩(wěn)定性得不到保證。而在±7V的電路中，就可以見到兩種不同的電路，一種是FLUKE8840/2A中的電路，如附圖所示： 在-15V供電端與-7V參考電壓輸出端，連接了一個阻值較大電阻，在上電的瞬間，該電阻提供一個啟動電壓在-7V端，該電壓經(jīng)過U702B倒相到+7V電壓輸出端，由此U701內(nèi)部的齊納二極管可以得到一個流經(jīng)Z702啟動電流，在齊納二極管上建立一個非常穩(wěn)定的6.5V的電壓，經(jīng)U701內(nèi)部的三極管和U702A放大后，得到一個穩(wěn)定的約-7V電壓。這時由于啟動電阻較大，輸出的-7V電壓由運放U702A主導(dǎo)，啟動電阻對-7V的輸出無影響，-7V電壓由U702B倒相后得到+7V參考電壓。同時該電壓被閉環(huán)反饋到U701的齊納限流電阻和內(nèi)部三極管的集電極供電，可以改善閉環(huán)內(nèi)元件的不穩(wěn)定因素。在這個電路中，﹢7V的產(chǎn)生用了一對等值的20K電阻，電阻的比例要求嚴格為1∶1，輸出才能與-7V完全對稱。我們知道，電阻的溫度系數(shù)，老化等不確定因素非常多，這個精確的比例是難以保證的，盡管采取優(yōu)異的電阻材料和工藝可以做得不錯，也不能保證要求更高的精密校正源的需求。這個精密電阻比例保證不了，比較可靠的辦法就是采用一套復(fù)雜的輔助電路在不同的時間段或者環(huán)境根據(jù)需要對比例進行測量，然后計算修正系數(shù)進行修正，但是輔助電路復(fù)雜，需要短穩(wěn)優(yōu)異的電流源，差分放大器，16位以上的A/D轉(zhuǎn)換等電路，配合復(fù)雜的軟件進行。這在成本和儀器的輕便化都不容許的，所以在FLUKE 5500A中使用了一種電荷存儲技術(shù)，簡單地解決了正負電壓倒相問題。電路如附圖所示： 這個電路與8840A的基準(zhǔn)電路類似，用的器件也幾乎完全一樣，最大的不同是因為PWM斬波對基準(zhǔn)的負載能力要求高，輸出的7V基準(zhǔn)電壓均有三極管射極輸出器，增大驅(qū)動能力，保證PWM電路吸收電流時對基準(zhǔn)穩(wěn)定度不影響。另一點就是倒相沒有用精密網(wǎng)絡(luò)電阻中的等值比例電阻。其倒相工作原理是用了DDS板上的一個610Hz左右的方波信號，經(jīng)過U64B裂變?yōu)?路時序?qū)ΨQ的方波信號由8，9腳輸出，去控制U46的4個模擬開關(guān)，當(dāng)8腳為高電平時，9端為低時，模擬開關(guān)U46B,C開通，電容C74被充電到7V，結(jié)果是C74的左端負，右段為正。隨后9腳為高電平，8腳低電平，U46A,D開通，充電的C74的左負右正電壓被輸入到U14B，同相放大，輸出被倒相。這種倒相方式避免了等值比例電阻的一系列問題，只要保證C74的損耗極小就可以獲得非常穩(wěn)定的倒相輸出。C74使用聚丙烯電容就可以滿足要求，容易購得，價格也不高。在FLUKE 5520A中也是類似的電路，運放使用的斬波自穩(wěn)零運放LTC1150/1050而已。實際在沒有CPU產(chǎn)生開關(guān)用方波信號的場合，也有用專用的電荷泵電路LTC1043的，在KEITHLEY 2002和WAVETEK1281的倒相電路中不乏這樣的設(shè)計案例。

二，三十年前的技術(shù)。加油??！

thy888的心得非常好，謝謝分享。
從大家響映的情況可以看出行業(yè)里對技術(shù)的重視程度，也反映了國家間水平的差距。

發(fā)現(xiàn)三個高手都在這個帖子出現(xiàn)。