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没有测量工具时怎么办?用你脑海的眼睛测量吧!

2020-04-01 John Dunn 阅读:
没有测量工具时怎么办?用你脑海的眼睛测量吧!
你是否曾经羡慕能够使用许多精美且昂贵的测试设备的工程师?是否曾经遇到“在可能的情况下”测量一些参数,此参数会影响放置在你前面长凳上的物品,且在某种程度上造成哪些物理访问问题变得不可能?面对现实吧,在某些情况下,你唯一可用的实际测量工具就是自己脑海中的眼睛…

你是否曾经羡慕能够使用许多精美且昂贵的测试设备的工程师?是否曾经遇到“在可能的情况下”测量一些参数,此参数会影响放置在你前面长凳上的物品,且在某种程度上造成哪些物理访问问题变得不可能?fxKednc

面对现实吧,在某些情况下,你唯一可用的实际测量工具就是自己脑海中的眼睛。请好好思考这一点(双关语),并请考虑以下两个例子。fxKednc

范例一

前一段时间,我写了一篇关于减少麻烦的开关电源中脉冲抖动的文章“Rt Ct Snubber”。我利用串联的RC分流了电源PWM芯片的Ct定时电容。fxKednc

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图1 增加RC对到Rt Ct。fxKednc

这个方式能起作用的原因是,串联RC对的电阻损耗降低了由Ct电容本身构成的LC电路的Q值,而与连接到其上的电感无关。这些电感是电容本身的电感加上布线的电感,即使在物理上与该布线恰好一样短。fxKednc

即使我无法透过可用的示波器和示波器探棒获得可靠的样貌,但我知道该怎么办。我知道必须响应Ct进行高速振铃,以响应功率MOSFET开关产生的脉冲。利用在Ct上添加一个RC对,我引入了阻尼(damping),以消除我无法实际看到的麻烦振铃。fxKednc

我在LinkedIn和一个LinkedIn群组中发布了Living Analog相关的连结,得到了以下颇具讽刺意味的评论:“这是一个尝试一下方法的例子,我在1960年代设计电路时使用的一种方法。”fxKednc

这不是来自“魔术电容”工程学院的东西。而是我已经了解Ct的状况,并在此基础上找到了解决方法,显示我对正在发生的事情有一个可视化(visualization)的印象。fxKednc

范例二

几十年前,我设计了一个AGC控制的正弦波振荡器。这是一个Wein桥电路,其设定为在+ 15V的单轨电压下运作。图2是其示意图,它以1V峰峰值提供输出。fxKednc

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图2 该正弦波振荡器是一个Wein桥电路,设定为在+ 15V的单轨电压下运作。fxKednc

U2a为AGC回路的一部分作为精密整流器。在D1的阴极处,对输出正弦波进行半波整流,但是透过包括20k奥姆电阻R6,最终传送到U1b误差放大器连接点的电流等于全波整流。 基本概念仅是如图3所示:fxKednc

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图3 将正弦波添加到半波整流波形中即可实现全波。fxKednc

那时有位同事告诉我,我错了。他的态度是,半波整流器就是一个半波整流器,并且20k奥姆电阻没有任何用处,应将其删除。fxKednc

当时我没有可用的SPICE版本,也没有办法将电流探棒实际缠绕在任何电路走在线。结果,我无法论证我的全波实现方式,因此,我无法使有错误想法的同事相信实际发生的事。fxKednc

但是今天,透过使用SPICE,我们可以看到曾经无法做到的事情实现——亦即在误差放大器的连接点(图4所示SPICE模型中的R11和R13)采用2:1缩放比例,当正弦波本身被添加到半波整流波形中时,可得到全波。fxKednc

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图4 仿真结果显示,在误差放大器的连结点处依照2:1缩放比例,可以获得全波。fxKednc

我使用的SPICE版本确实带来了一个问题。接面场效晶体管(JFET)在实际单元中为2N4391,但该组件无法作为此特定SPICE软件包中的模型组件来使用。取而代之的是使用一个唯一的JFET模型,但是为了使这个SPICE模拟振荡器实际振荡,必须将对JFET的1K反馈提高到10K。fxKednc

如果可以通融上述的做法,你会看到流入误差放大器连接点电流的全波波形。同样,在我的脑海中,我利用可视化的方式使电路正常工作。fxKednc

有时候,你耳朵之间的皮质会让你做到Tektronix、Agilent、Fluke和其他仪器制造商无法做到的事情。fxKednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接: Making measurements with your mind’s eye, EDN Taiwan Anthea Chuang编译)fxKednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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