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精密同步检测放大器有(yǒu)助于低压测量
精密同步检测放大器有(yǒu)助于低压测量
该设计理(lǐ)念提出了一种实用(yòng)的電(diàn)路，该電(diàn)路实现了同步检测以放大具有(yǒu)高線(xiàn)性度和出色抗噪性的小(xiǎo)直流電(diàn)压。在涉及電(diàn)流分(fēn)流器、称重传感器、热電(diàn)偶等的测量中需要这种電(diàn)路。同步检测在许多(duō)书籍、论文(wén)和仪器手册中都有(yǒu)解释。如果您不熟悉该主题，参考 1 是一个很(hěn)好的起点。
图1显示了放大器的框图。它在仪表放大器、可(kě)调非反相放大器和低通滤波器之间提供1000倍的固定增益。极性开关和仪表放大器将直流输入转换為(wèi)双极性方波信号，因此可(kě)以应用(yòng)同步检测技术。
图1放大器框图。
图2显示了框图前四个单元的電(diàn)路。高品质运算放大器提供超低失调電(diàn)压、非常低的噪声和20 V/µs的压摆率。所有(yǒu)電(diàn)阻器都有(yǒu)1 %的容差，但R1至R6電(diàn)阻器成对匹配至0.05 %。
图2部分(fēn)放大器的電(diàn)路原理(lǐ)图（滤波器在下面单独介绍）。
图3显示了滤波器示意图。它是4极Sallen-Key低通滤波器的规范设计，直流增益為(wèi)2.576（参考文(wén)献 2），截止频率為(wèi)1 Hz，截止率為(wèi)-80 dB/dec。
图3低通滤波器示意图。
方波振荡器基于74HC4060芯片。频率设置為(wèi)577 Hz，这是一个在最接近的50-Hz和60-Hz谐波之间大致相等的质数。
图 4显示了PCB。它是一个两层板，尺寸為(wèi)78 mm x 62 mm (3.07” x 2.44”)。所有(yǒu)模拟地都使用(yòng)连接到電(diàn)源地单点的单独走線(xiàn)。所有(yǒu)测量都参考这个共同点。
图4放大器的两层PCB。
使用(yòng)自制電(diàn)压校准器（参考3）和6.5位万用(yòng)表评估電(diàn)路性能(néng)。两个板之间放置了一个100:1分(fēn)压器，以提高输入電(diàn)压分(fēn)辨率。
传递函数用(yòng)最佳拟合線(xiàn)近似；線(xiàn)方程如下：
(1) V BF = 1001.1 * V IN – 0.013
图5显示了V OUT的实验数据与最佳拟合線(xiàn)之间的偏差。误差在+1和-1 mV之间。参考10 V的满量程電(diàn)压，这是一个极好的结果。传递函数中的13 mV偏移可(kě)以通过硬件轻松消除，如果電(diàn)路连接到微控制器，则可(kě)以通过固件消除。
图5電(diàn)路性能(néng)：实验数据与最佳拟合線(xiàn)之间的偏差在±1 mV范围内。
总而言之，您可(kě)以采取一些措施来提高成本和性能(néng)：
将信号源连接到電(diàn)路板的電(diàn)線(xiàn)尽可(kě)能(néng)短。
U3可(kě)以使用(yòng)具有(yǒu)较少极端偏移電(diàn)压规格的更便宜的运算放大器。
如果可(kě)能(néng)，请使用(yòng)2极滤波器。封装中的第二个运算放大器可(kě)用(yòng)于取消传递函数的偏移。
使用(yòng)SMD零件将减小(xiǎo)PCB的尺寸和价格。