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[博客大赛]运放不只是用于信号放大-模拟运放电阻器

通常人们都以为运放只是用来放大电压信号,其实运放可以实现的信号处理功能是非常多的,只是因为数字电路出现后,因为其灵活性而替代了模拟运放的信号运算处理。模拟运放信号处理的设计渐渐被工程师们淡忘。

昨天在一个做测试仪器方案的客户(他们做的是汽车仪表盘的测试仪器),我看到他们使用很多继电器和精密电阻来模拟液位传感器的功能。这让我想到运放构成的电路,实际上可以实现模拟电阻功能。通过DAC来控制,可以实现为固态程控电阻器,模拟电阻器的电阻值可以从100mΩ一直到100MΩ。只要合理设计电路,这些程控电阻器的精度可以非常高,并且能够并联使用。唯一的缺点是,这种电阻器只能单向电流工作,反向电流条件下就不能工作了。

模拟运放电阻器的设计思想,是用一个运放来驱动三极管,同时用一个精密电阻检测流过三极管的电流,将三极管两端的电压信号和电流信号取回来反馈控制三极管的导通,使得U/I为一个恒定值,这样就实现了模拟电阻的功能。比如说与三极管并联的电流采样电阻是1欧姆,如果模拟运放电路控制三极管两端电压与流过三极管两端的电流的比值为100,则相当于三极管实现为一个99欧姆的电阻,加上采样电阻1欧姆,构成了100欧姆电阻。同时,主要的发热都在功率三极管上。

能够用电路控制三极管来实现电阻功能后,要实现程控就不难了,将一个DAC加入到反馈控制回路上,可以很容易实现数字化的控制。

关于这种电路的精度和稳定性问题,只要选择合理的电路结构和高精度的运放,这个模拟电阻的精度取决于采样电阻的精度和稳定性。也就是说只要采样电阻的精度和温度稳定性好,这个电路的精度和稳定性就会非常好,运放电路带来的精度误差不会超过万分之一。

时间响应问题,模拟运放电阻器是通过反馈控制电路的端电压和电流来实现电阻模拟的,所以这种电阻器的高频特性会较差,这取决于运放电路的高速控制能力。在1kHz以内,运放控制的精度是非常高的。

博主
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天工精仪-金声玉振
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