穩(wěn)定模擬表頭讀數(shù)的機電阻尼法

在交付動圈表頭之前，制造廠用一根連線將表頭的端子短路，以產(chǎn)生有效的電磁阻尼，防止運輸中發(fā)生的外界機械振動和沖擊。本設(shè)計實例將相同原理用于正常工作條件下的模擬表頭。將一只表頭連接到有低內(nèi)阻的電壓源，即施加電磁阻尼，使表頭的讀數(shù)更穩(wěn)定。在移動系統(tǒng)或便攜系統(tǒng)應(yīng)用中增加對外界振動和沖擊的防護能力非常重要，尤其是對車載設(shè)備。

　　舉例來說，假設(shè)您的應(yīng)用需要測量0~10V 的電源（圖 1）。手頭有一塊滿量程額定電壓 VFS 為 50 mV，滿量程額定電流為 1mA 的典型機電式表頭。要得到 10V 的滿量程電壓范圍，就要串聯(lián)一只電阻 RS。首先，計算出表頭的內(nèi)阻 RCOIL：

　　然后，計算出增加的電阻值RS，如下：

　　RS的阻值一般要遠大于RCOIL，因此顯著地降低了表頭運動時的機電阻尼。雖然可以將表頭并聯(lián)一只電容器來增加阻尼，但這種方法也會增加表頭的穩(wěn)定時間。

　　圖2是一種更好的方法，動圈式表頭連接到一個運算放大器IC1的輸出，嵌入到一個深度負電壓反饋的環(huán)路中。由于運放有極低的等效輸出阻抗，表頭端子處于“實際上短路”狀態(tài)，因而提供有效的機電阻尼作用，使電表讀數(shù)更穩(wěn)定，并提高了對振動和沖擊的承受能力。在圖 2 中，由連接到運放非反相輸入端的R1和R2組成的電阻分壓計，確定了表頭的滿量程讀數(shù)?？梢栽黾覴F和CF構(gòu)成一個優(yōu)選的高通濾波器，進一步改進表頭的穩(wěn)定時間。晶體管Q1和Q2也是優(yōu)選的，用途是增加過壓保護功能。注意在正常工作情況下，晶體管的正向基極射極電壓VBE應(yīng)數(shù)倍于表頭滿量程電壓VFS，后者一般為50mV~100mV。

　　一支具有滿擺幅輸出能力、單電源的微功耗運放是這一應(yīng)用的上佳選擇。如果輸入電壓VIN超過運放的最小電源電壓要求，可以將運放的VCC管腳直接連接到輸入端，如圖 2 中虛線所示。這個電路實際上組合了表頭緩沖的優(yōu)點和傳統(tǒng)動圈表頭無需外接電源的優(yōu)點而提高了抗振動和沖擊的能力。運放可以選擇市場上現(xiàn)有的滿擺幅輸出微功耗運放，其耗電流要低于普通動圈表頭的滿量程電流 IFS。例如，Maxim 的 MAX4289 功耗低至 1V 和 9mA，而 MAX4470要求的 最低電壓為 1.8V，但只需 750 nA 供電電流。

　　盡管這個設(shè)計實例只局限于直流電壓的測量，但也可以對電路作改進，使之適用于交流電壓和直流電壓測量（圖 3）。圖中在滿擺幅輸出運算放大器和電阻器R3、R4與R5基礎(chǔ)上（參考文獻1），增加了一個無二極管的精密全波整流級。電阻器R1和R2決定了滿量程讀數(shù)值。這個電路需要外接直流電源，以驅(qū)動運放IC1和IC2，限壓晶體管Q1和Q2是優(yōu)選的。

參考文獻
Bell, Alexander, "Simple Full-Wave Rectifier," Electronic Design, April 4, 1994, pg 78.

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