本文關鍵詞：0-10A寬頻帶精密跨導放大器的研制

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【摘要】：本文介紹了一種應用于電流互感器交流測試的0-10A寬頻帶(0-100kHz)精密跨導放大器的設計方案。該跨導放大器基于串聯(lián)反饋式電壓控制電流源電路為核心構(gòu)成基本跨導放大器電路,同時根據(jù)多晶體管并聯(lián)模型設計了特殊的提高環(huán)路穩(wěn)定性的關鍵補償電路,解決了電路正常工作時,由于多晶體管并聯(lián)使電路寄生電容增大導致引起環(huán)路不穩(wěn)定的自激振蕩問題。文章首先設計了0-10A寬頻帶精密跨導放大器的基本電路原理圖,并推導了理想情況下的輸出電流公式,詳細分析了影響電流穩(wěn)定性和相對準確性的因素。然后,根據(jù)原理挑選和研制了組成該跨導放大器的關鍵部件——交流基準電壓、交流采樣電阻、誤差放大器和電路推動電路,同時對關鍵輔助電路,包括主電源以及輔助電源電路、保護與補償電路和電流測量電路進行了詳細介紹和設計。針對多晶體管并聯(lián)模型導致電路寄生電容變大從而引起電路自激振蕩的問題,設計了適用于此寬頻帶系統(tǒng)的提高環(huán)路穩(wěn)定性的關鍵補償電路,解決了傳統(tǒng)跨導放大器或交流恒流源不能同時滿足輸出大電流和寬頻帶的缺陷和不足。文章主要論述了三個特殊的應用和設計,一是設計了基于NPN與PNP對管的多BJT并聯(lián)模型,解決了單支晶體管功率過大導致的發(fā)熱問題;二是設計了一個低電感量的交流采樣電阻并通過實驗證明了其頻率響應在0-100kHz下優(yōu)于0.07dB;三是設計了特殊的提高環(huán)路穩(wěn)定性的關鍵補償電路,解決了由于大寄生電容引起的電路自激振蕩問題,大大提高了電路穩(wěn)定性。正常工作時,環(huán)路工作在穩(wěn)定狀態(tài)下,相位裕度為55°。測試結(jié)果表明,30分鐘內(nèi)輸出電流幅值的穩(wěn)定性優(yōu)于6.0×10-6/min,0-100kHz下,輸出電流幅值的相對準確性優(yōu)于0.8%,相位的相對準確性優(yōu)于0.77%,達到了設計要求。
【關鍵詞】：跨導放大器 交流電阻 電流推動電路 自激振蕩 相位補償
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN722
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 課題研究的背景及意義11
• 1.2 0-10A跨頻帶精密跨導放大器概述11-12
• 1.2.1 0-10A寬頻帶跨導放大器的特殊性11-12
• 1.2.2 主要性能12
• 1.3 跨導放大器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 跨導放大器綜述13-14
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點14-15
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4.2 創(chuàng)新點15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 第2章 總體設計與基本原理16-22
• 2.1 總體設計16-17
• 2.2 核心電路原理與分析17-21
• 2.2.1 基本原理17-19
• 2.2.2 輸出電流穩(wěn)定度的影響因素分析19
• 2.2.3 輸出電流相對準確性的影響因素分析19-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 基本跨導放大器電路22-40
• 3.1 交流電壓參考22-27
• 3.1.1 交流基準電壓概述22-23
• 3.1.2 基準電壓的選型及測試23-27
• 3.2 交流采樣電阻27-30
• 3.2.1 概述27
• 3.2.2 采樣電阻的電感量對輸出電流的影響27-28
• 3.2.3 高頻無感采樣電阻的制作28-30
• 3.3 誤差放大器30-32
• 3.3.1 開環(huán)增益與電流穩(wěn)定度30
• 3.3.2 增益帶寬積30-31
• 3.3.3 反饋方式31-32
• 3.4 電流推動電路32-35
• 3.4.1 分立元件下的達林頓模型32
• 3.4.2 偏置電路的設計32-33
• 3.4.3 多BJT并聯(lián)模型33-34
• 3.4.4 晶體管的選型34-35
• 3.5 關鍵輔助電路35-38
• 3.5.1 電流測試與保護電路35-36
• 3.5.2 主電源電路36-37
• 3.5.3 輔助電源電路37-38
• 3.6 基本跨導放大器總體電路38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第4章 提高環(huán)路穩(wěn)定度的補償電路40-48
• 4.1 產(chǎn)生自激振蕩的原因40-44
• 4.1.1 晶體管高頻等效模型40-41
• 4.1.2 簡化的高頻等效模型41-42
• 4.1.3 產(chǎn)生振蕩原因理論分析42-44
• 4.2 補償方法44-47
• 4.2.1 噪聲增益與超前補償44-45
• 4.2.2 電路組成45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 試驗樣機與主要性能測試48-54
• 5.1 試驗樣機48-49
• 5.2 主要性能測試49-53
• 5.2.1 電流幅值穩(wěn)定性49-51
• 5.2.2 電流幅值相對準確性的測試51-53
• 5.2.3 電流相位相對準確性的測試53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 第6章 總結(jié)與展望54-57
• 6.1 總結(jié)54-55
• 6.2 展望55-57
• 參考文獻57-61
• 致謝61-62
• 攻讀學位期間取得的科研成果62

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本文編號：662075