簡述FLUKE 5500A/5520A的基準工作原理

[i=s] 本帖最后由 thy888 于 2012-10-25 10:26 編輯 [/i]

簡述FLUKE 5500A/5520A的基準工作原理 FLUKE 5500A的精密PWM方式D/A轉換電路，需要一個±7V的參考電壓，供D/A電路產生-6.6V→+6.6V精密的源電壓，用于生成各種需要的測試。5500A的±7V參考電壓電路的核心采用了FLUKE的一個專利器件LTFLU-1ACH，這個器件在FLUKE的精密儀器中使用已經有30年以上的歷史了，從FLUKE 8502A，8840A早期的數表到最新的源FLUKE 5720A中均可以見到這個器件的影子，當然不同等級儀器中對其老化篩選的要求是不同的。這個器件可以說是久經考驗的最優秀的基準器件之一，能與之媲美的估計就只有LTZ1000A了。在FLUKE的文獻中，LTFLU-1ACH叫做參考放大器，由它配合周邊器件可以得到單7V，±7V ，10V，14V的精密參考電壓，其中的7V使用1只LTFLU-1ACH，14V使用2只LTFLU-1ACH串聯，均無需升壓電阻，輸出電壓就是深埋齊納二極管的自身電壓，具有極高的穩定度和老化特性。而10V需要升壓電阻參與，732A/B中均是這樣，對升壓電阻的要求極高，否則10V的輸出穩定性得不到保證。而在±7V的電路中，就可以見到兩種不同的電路，一種是FLUKE8840/2A中的電路，如附圖所示： 在-15V供電端與-7V參考電壓輸出端，連接了一個阻值較大電阻，在上電的瞬間，該電阻提供一個啟動電壓在-7V端，該電壓經過U702B倒相到+7V電壓輸出端，由此U701內部的齊納二極管可以得到一個流經Z702啟動電流，在齊納二極管上建立一個非常穩定的6.5V的電壓，經U701內部的三極管和U702A放大后，得到一個穩定的約-7V電壓。這時由于啟動電阻較大，輸出的-7V電壓由運放U702A主導，啟動電阻對-7V的輸出無影響，-7V電壓由U702B倒相后得到+7V參考電壓。同時該電壓被閉環反饋到U701的齊納限流電阻和內部三極管的集電極供電，可以改善閉環內元件的不穩定因素。在這個電路中，﹢7V的產生用了一對等值的20K電阻，電阻的比例要求嚴格為1∶1，輸出才能與-7V完全對稱。我們知道，電阻的溫度系數，老化等不確定因素非常多，這個精確的比例是難以保證的，盡管采取優異的電阻材料和工藝可以做得不錯，也不能保證要求更高的精密校正源的需求。這個精密電阻比例保證不了，比較可靠的辦法就是采用一套復雜的輔助電路在不同的時間段或者環境根據需要對比例進行測量，然后計算修正系數進行修正，但是輔助電路復雜，需要短穩優異的電流源，差分放大器，16位以上的A/D轉換等電路，配合復雜的軟件進行。這在成本和儀器的輕便化都不容許的，所以在FLUKE 5500A中使用了一種電荷存儲技術，簡單地解決了正負電壓倒相問題。電路如附圖所示： 這個電路與8840A的基準電路類似，用的器件也幾乎完全一樣，最大的不同是因為PWM斬波對基準的負載能力要求高，輸出的7V基準電壓均有三極管射極輸出器，增大驅動能力，保證PWM電路吸收電流時對基準穩定度不影響。另一點就是倒相沒有用精密網絡電阻中的等值比例電阻。其倒相工作原理是用了DDS板上的一個610Hz左右的方波信號，經過U64B裂變為2路時序對稱的方波信號由8，9腳輸出，去控制U46的4個模擬開關，當8腳為高電平時，9端為低時，模擬開關U46B,C開通，電容C74被充電到7V，結果是C74的左端負，右段為正。隨后9腳為高電平，8腳低電平，U46A,D開通，充電的C74的左負右正電壓被輸入到U14B，同相放大，輸出被倒相。這種倒相方式避免了等值比例電阻的一系列問題，只要保證C74的損耗極小就可以獲得非常穩定的倒相輸出。C74使用聚丙烯電容就可以滿足要求，容易購得，價格也不高。在FLUKE 5520A中也是類似的電路，運放使用的斬波自穩零運放LTC1150/1050而已。實際在沒有CPU產生開關用方波信號的場合，也有用專用的電荷泵電路LTC1043的，在KEITHLEY 2002和WAVETEK1281的倒相電路中不乏這樣的設計案例。

二，三十年前的技術。加油啊！

thy888的心得非常好，謝謝分享。
從大家響映的情況可以看出行業里對技術的重視程度，也反映了國家間水平的差距。

發現三個高手都在這個帖子出現。