德國REXROTH放大器VT-VSPA1-1-1X

德國REXROTH放大器VT-VSPA1-1-1X
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德國力士樂REXROTH運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。
力士樂REXROTH放大器簡介：
增加信號幅度或功率的裝置，它是自動化技術(shù)工具中處理信號的重要元件。放大器的放大作用是用輸入信號控制能源來實(shí)現(xiàn)的，放大所需功耗由能源提供。對于線性放大器，輸出就是輸入信號的復(fù)現(xiàn)和增強(qiáng)。對于非線性放大器，輸出則與輸入信號成一定函數(shù)關(guān)系。放大器按所處理信號物理量分為機(jī)械放大器、機(jī)電放大器、電子放大器、液動放大器和氣動放大器等，其中用得較廣泛的是電子放大器。隨著射流技術(shù)（見射流元件）的推廣，液動或氣動放大器的應(yīng)用也逐漸增多。電子放大器又按所用有源器件分為真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應(yīng)用較廣。在自動化儀表中晶體管放大器常用于信號的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推挽放大。此外，還常用于阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉(zhuǎn)換、電荷-電壓轉(zhuǎn)換（如電荷放大器）以及利用放大器實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之間的一定函數(shù)關(guān)系（如運(yùn)算放大器）。
力士樂REXROTH放大器測量：
運(yùn)算放大器是差分輸入、單端輸出的*增益放大器，常用于高精度模擬電路，因此必須精確測量其性能。但在開環(huán)測量中，其開環(huán)增益可能高達(dá)107或更高，而拾取、雜散電流或塞貝克（熱電偶）效應(yīng)可能會在放大器輸入端產(chǎn)生非常小的電壓，這樣誤差將難以避免。
通過使用伺服環(huán)路，可以大大簡化測量過程，強(qiáng)制放大器輸入調(diào)零，使得待測放大器能夠測量自身的誤差。顯示了一個運(yùn)用該原理的多功能電路，它利用一個輔助運(yùn)放作為積分器，來建立一個具有*直流開環(huán)增益的穩(wěn)定環(huán)路。開關(guān)為執(zhí)行下面所述的各種測試提供了便利。
所示電路能夠?qū)⒋蟛糠譁y量誤差降至低，支持精確測量大量直流和少量交流參數(shù)。附加的“輔助”運(yùn)算放大器無需具有比待測運(yùn)算放大器更好的性能，其直流開環(huán)增益能達(dá)到106或更高。如果待測器件（DUT）的失調(diào)電壓可能超過幾mV，則輔助運(yùn)放應(yīng)采用±15 V電源供電（如果DUT的輸入失調(diào)電壓可能超過10 mV，則需要減小99.9 kΩ電阻R3的阻值。）
DUT的電源電壓+V和–V幅度相等、極性相反?？傠娫措妷豪硭?dāng)然是2 × V。該電路使用對稱電源，即使“單電源”運(yùn)放也是如此，因?yàn)橄到y(tǒng)的地以電源的中間電壓為參考。
作為積分器的輔助放大器在直流時配置為開環(huán)（高增益），但其輸入電阻和反饋電容將其帶寬限制為幾Hz。這意味著，DUT輸出端的直流電壓被輔助放大器以高增益放大，并通過一個1000:1衰減器施加于DUT的同相輸入端。負(fù)反饋將DUT輸出驅(qū)動至地電位。（事實(shí)上，實(shí)際電壓是輔助放大器的失調(diào)電壓，更精確地說是該失調(diào)電壓加上輔助放大器的偏置電流在100 kΩ電阻上引起的壓降，但它非常接近地電位，因此無關(guān)緊要，特別是考慮到測量期間此點(diǎn)的電壓變化不大可能超過幾mV）。
測試點(diǎn)TP1上的電壓是施加于DUT輸入端的校正電壓（與誤差在幅度上相等）的1000倍，約為數(shù)十mV或更大，因此可以相當(dāng)輕松地進(jìn)行測量。
理想運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓（Vos）為0，即當(dāng)兩個輸入端連在一起并保持中間電源電壓時，輸出電壓同樣為中間電源電壓?，F(xiàn)實(shí)中的運(yùn)算放大器則具有幾微伏到幾毫伏不等的失調(diào)電壓，因此必須將此范圍內(nèi)的電壓施加于輸入端，使輸出處于中間電位。
給出了基本測試——失調(diào)電壓測量的配置。當(dāng)TP1上的電壓為DUT失調(diào)電壓的1000倍時，DUT輸出電壓處于地電位。
理想運(yùn)算放大器具有無限大的輸入阻抗，無電流流入其輸入端。但在現(xiàn)實(shí)中，會有少量“偏置”電流流入反相和同相輸入端（分別為Ib–和Ib+），它們會在高阻抗電路中引起顯著的失調(diào)電壓。根據(jù)運(yùn)算放大器類型的不同，這種偏置電流可能為幾fA(1 fA = 10–15 A，每隔幾微秒流過一個電子）至幾nA；在某些超快速運(yùn)算放大器中，甚至達(dá)到1 - 2 μA。圖3顯示如何測量這些電流。
該電路與圖2的失調(diào)電壓電路基本相同，只是DUT輸入端增加了兩個串聯(lián)電阻R6和R7。這些電阻可以通過開關(guān)S1和S2短路。當(dāng)兩個開關(guān)均閉合時，該電路與圖2*相同。當(dāng)S1斷開時，反相輸入端的偏置電流流入Rs，電壓差增加到失調(diào)電壓上。通過測量TP1的電壓變化（=1000 Ib–×Rs），可以計(jì)算出Ib–。同樣，當(dāng)S1閉合且S2斷開時，可以測量Ib+。如果先在S1和S2均閉合時測量TP1的電壓，然后在S1和S2均斷開時再次測量TP1的電壓，則通過該電壓的變化可以測算出“輸入失調(diào)電流”Ios，即Ib+與Ib–之差。R6和R7的阻值取決于要測量的電流大小。
如果Ib的值在5 pA左右，則會用到大電阻，使用該電路將非常困難，可能需要使用其它技術(shù)，牽涉到Ib給低泄漏電容（用于代替Rs）充電的速率。
當(dāng)S1和S2閉合時，Ios仍會流入100 Ω電阻，導(dǎo)致Vos誤差，但在計(jì)算時通?？梢院雎运?，除非Ios足夠大，產(chǎn)生的誤差大于實(shí)測Vos的1%。
運(yùn)算放大器的開環(huán)直流增益可能非常高，107以上的增益也并非罕見，但250，000到2，000，000的增益更為常見。直流增益的測量方法是通過S6切換DUT輸出端與1 V基準(zhǔn)電壓之間的R5，迫使DUT的輸出改變一定的量（圖4中為1 V，但如果器件采用足夠大的電源供電，可以規(guī)定為10 V）。如果R5處于+1 V，若要使輔助放大器的輸入保持在0附近不變，DUT輸出必須變?yōu)?ndash;1 V。
TP1的電壓變化衰減1000:1后輸入DUT，導(dǎo)致輸出改變1 V，由此很容易計(jì)算增益（= 1000 × 1 V/TP1）。
為了測量開環(huán)交流增益，需要在DUT輸入端注入一個所需頻率的小交流信號，并測量相應(yīng)的輸出信號（圖5中的TP2）。完成后，輔助放大器繼續(xù)使DUT輸出端的平均直流電平保持穩(wěn)定。
圖5中，交流信號通過10，000:1的衰減器施加于DUT輸入端。對于開環(huán)增益可能接近直流值的低頻測量，必須使用如此大的衰減值。（例如，在增益為1，000，000的頻率時，1 V rms信號會將100 μV施加于放大器輸入端，放大器則試圖提供100 V rms輸出，導(dǎo)致放大器飽和。）因此，交流測量的頻率一般是幾百Hz到開環(huán)增益降至1時的頻率；在需要低頻增益數(shù)據(jù)時，應(yīng)非常小心地利用較低的輸入幅度進(jìn)行測量。所示的簡單衰減器只能在100 kHz以下的頻率工作，即使小心處理了雜散電容也不能超過該頻率。如果涉及到更高的頻率，則需要使用更復(fù)雜的電路。
運(yùn)算放大器的共模抑制比（CMRR）指共模電壓變化導(dǎo)致的失調(diào)電壓視在變化與所施加的共模電壓變化之比。在DC時，它一般在80 dB至120 dB之間，但在高頻時會降低。
測試電路非常適合測量CMRR。它不是將共模電壓施加于DUT輸入端，以免低電平效應(yīng)破壞測量，而是改變電源電壓（相對于輸入的同一方向，即共模方向），電路其余部分則保持不變。
在圖6所示電路中，在TP1測量失調(diào)電壓，電源電壓為±V（本例中為+2.5 V和–2.5 V），并且兩個電源電壓再次上移+1 V（至+3.5 V和–1.5 V）。失調(diào)電壓的變化對應(yīng)于1 V的共模電壓變化，因此直流CMRR為失調(diào)電壓與1 V之比。
CMRR衡量失調(diào)電壓相對于共模電壓的變化，總電源電壓則保持不變。電源抑制比（PSRR）則相反，它是指失調(diào)電壓的變化與總電源電壓的變化之比，共模電壓保持中間電源電壓不變。
所用的電路*相同，不同之處在于總電源電壓發(fā)生改變，而共模電平保持不變。本例中，電源電壓從+2.5 V和–2.5 V切換到+3 V和–3 V，總電源電壓從5 V變到6 V。共模電壓仍然保持中間電源電壓。計(jì)算方法也相同（1000 × TP1/1 V）。
為了測量交流CMRR和PSRR，需要用電壓來調(diào)制電源電壓，如圖8所示。DUT繼續(xù)在直流開環(huán)下工作，但確切的增益由交流負(fù)反饋決定（圖中為100倍）。
為了測量交流CMRR，利用幅度為1 V峰值的交流電壓調(diào)制DUT的正負(fù)電源。兩個電源的調(diào)制同相，因此實(shí)際的電源電壓為穩(wěn)定的直流電壓，但共模電壓是2V峰峰值的正弦波，導(dǎo)致DUT輸出包括一個在TP2測量的交流電壓。
如果TP2的交流電壓具有x V峰值的幅度（2x V峰峰值），則折合到DUT輸入端（即放大100倍交流增益之前）的CMRR為x/100 V，并且CMRR為該值與1 V峰值的比值。
交流PSRR的測量方法是將交流電壓施加于相位相差180°的正負(fù)電源，從而調(diào)制電源電壓的幅度（本例中同樣是1 V峰值、2 V峰峰值），而共模電壓仍然保持穩(wěn)定的直流電壓。計(jì)算方法與上一參數(shù)的計(jì)算方法非常相似。
總結(jié)
當(dāng)然，運(yùn)算放大器還有許多其它參數(shù)可能需要測量，而且還有多種其它方法可以測量上述參數(shù)，但正如本文所示，基本的直流和交流參數(shù)可以利用易于構(gòu)建、易于理解、毫無問題的簡單基本電路進(jìn)行可靠測量。
REXROTH放大器原理：
鎖相放大器實(shí)際上是一個模擬的傅立葉變換器，鎖相放大器的輸出是一個直流電壓，正比于是輸入信號中某一特定頻率（參數(shù)輸入頻率）的信號幅值。而輸入信號中的其他頻率成分將不能對輸出電壓構(gòu)成任何貢獻(xiàn)。
兩個正弦信號，頻率都為1Hz，有90度相位差，用乘法器相乘得到的結(jié)果是一個有直流偏量的正弦信號。
如果是一個1Hz和一個1.1Hz的信號相乘，用乘法器相乘得到的結(jié)果是輪廓為正弦的調(diào)制信號，直流偏量為0。
只有與參考信號頻率**的信號才能在乘法器輸出端得到直流偏量，其他信號在輸出端都是交流信號。如果在乘法器的輸出端加一個低通濾波器，那么所有的交流信號分量全部被濾掉，剩下的直流分量就只是正比于輸入信號中的特定頻率的信號分量的幅值。
REXROTH放大器現(xiàn)貨型號表：
VT-VSPA1-1-1X
VT3002-1-2X/32D
VT3002-1-2X/32F
VT3002-1-2X/48F
VT3002-1-2X/64X
VT-SSPA1-508-21/V0
VT-SSPA1-525-20/V0/I
VT 11118-1X
VT-MSPA1-508-10/V0
VT-VRRA1-527-20/V0
VT-VRRA1-537-20/V0
VT-VRRA1-527-20/V0/2STV
VT-VSPA2-1-2X/V0/T1
VT-VSPA2-1-2X/V0/T5
VT-VSPA2-50-10/T1
VT-VSPA2-50-10/T5
VT-VRPA1-150-10/V0/0
VT-VRPA1-151-10/V0/0
VT-VRPA2-1-1X/V0/T1
VT-VRPA2-2-1X/V0/T1
VT-5035-17
VT-MACAS-500-10/V0/1
VT5041-3X/V13D
VT-SWMAK-1-10/V0/0

德國REXROTH放大器VT-VSPA1-1-1X