0-10A宽频带精密跨导放大器的研制

发布时间：2017-08-12 14:29

  本文关键词：0-10A宽频带精密跨导放大器的研制

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【摘要】：本文介绍了一种应用于电流互感器交流测试的0-10A宽频带(0-100kHz)精密跨导放大器的设计方案。该跨导放大器基于串联反馈式电压控制电流源电路为核心构成基本跨导放大器电路,同时根据多晶体管并联模型设计了特殊的提高环路稳定性的关键补偿电路,解决了电路正常工作时,由于多晶体管并联使电路寄生电容增大导致引起环路不稳定的自激振荡问题。文章首先设计了0-10A宽频带精密跨导放大器的基本电路原理图,并推导了理想情况下的输出电流公式,详细分析了影响电流稳定性和相对准确性的因素。然后,根据原理挑选和研制了组成该跨导放大器的关键部件——交流基准电压、交流采样电阻、误差放大器和电路推动电路,同时对关键辅助电路,包括主电源以及辅助电源电路、保护与补偿电路和电流测量电路进行了详细介绍和设计。针对多晶体管并联模型导致电路寄生电容变大从而引起电路自激振荡的问题,设计了适用于此宽频带系统的提高环路稳定性的关键补偿电路,解决了传统跨导放大器或交流恒流源不能同时满足输出大电流和宽频带的缺陷和不足。文章主要论述了三个特殊的应用和设计,一是设计了基于NPN与PNP对管的多BJT并联模型,解决了单支晶体管功率过大导致的发热问题;二是设计了一个低电感量的交流采样电阻并通过实验证明了其频率响应在0-100kHz下优于0.07dB;三是设计了特殊的提高环路稳定性的关键补偿电路,解决了由于大寄生电容引起的电路自激振荡问题,大大提高了电路稳定性。正常工作时,环路工作在稳定状态下,相位裕度为55°。测试结果表明,30分钟内输出电流幅值的稳定性优于6.0×10-6/min,0-100kHz下,输出电流幅值的相对准确性优于0.8%,相位的相对准确性优于0.77%,达到了设计要求。
【关键词】：跨导放大器 交流电阻 电流推动电路 自激振荡 相位补偿
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 0-10A跨频带精密跨导放大器概述11-12
• 1.2.1 0-10A宽频带跨导放大器的特殊性11-12
• 1.2.2 主要性能12
• 1.3 跨导放大器国内外的研究现状12-14
• 1.3.1 国内外研究现状12-13
• 1.3.2 跨导放大器综述13-14
• 1.4 课题主要研究内容及创新点14-15
• 1.4.1 主要研究内容14-15
• 1.4.2 创新点15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 总体设计与基本原理16-22
• 2.1 总体设计16-17
• 2.2 核心电路原理与分析17-21
• 2.2.1 基本原理17-19
• 2.2.2 输出电流稳定度的影响因素分析19
• 2.2.3 输出电流相对准确性的影响因素分析19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 基本跨导放大器电路22-40
• 3.1 交流电压参考22-27
• 3.1.1 交流基准电压概述22-23
• 3.1.2 基准电压的选型及测试23-27
• 3.2 交流采样电阻27-30
• 3.2.1 概述27
• 3.2.2 采样电阻的电感量对输出电流的影响27-28
• 3.2.3 高频无感采样电阻的制作28-30
• 3.3 误差放大器30-32
• 3.3.1 开环增益与电流稳定度30
• 3.3.2 增益带宽积30-31
• 3.3.3 反馈方式31-32
• 3.4 电流推动电路32-35
• 3.4.1 分立元件下的达林顿模型32
• 3.4.2 偏置电路的设计32-33
• 3.4.3 多BJT并联模型33-34
• 3.4.4 晶体管的选型34-35
• 3.5 关键辅助电路35-38
• 3.5.1 电流测试与保护电路35-36
• 3.5.2 主电源电路36-37
• 3.5.3 辅助电源电路37-38
• 3.6 基本跨导放大器总体电路38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 提高环路稳定度的补偿电路40-48
• 4.1 产生自激振荡的原因40-44
• 4.1.1 晶体管高频等效模型40-41
• 4.1.2 简化的高频等效模型41-42
• 4.1.3 产生振荡原因理论分析42-44
• 4.2 补偿方法44-47
• 4.2.1 噪声增益与超前补偿44-45
• 4.2.2 电路组成45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 试验样机与主要性能测试48-54
• 5.1 试验样机48-49
• 5.2 主要性能测试49-53
• 5.2.1 电流幅值稳定性49-51
• 5.2.2 电流幅值相对准确性的测试51-53
• 5.2.3 电流相位相对准确性的测试53
• 5.3 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-57
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间取得的科研成果62

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本文编号：662075