广告

用想象力进行测量

2020-07-01 John Dunn 阅读:
您是否曾经羡慕过能够使用各种精美、昂贵测试设备的工程师?您是否又曾经遇到过由于物理接触困难,参数无法测量的情况?某些情况下,我们唯一可用的实际测量工具就是自己的想象。本文提供了两个案例对此进行说明。

您是否曾经羡慕过能够使用各种精美、昂贵测试设备的工程师?您是否又曾经遇到过这样一种情况:您前方实验台上所放物品受某个参数影响,您如果能测量这个参数,那您就会去测量它,但是由于物理接触困难,这事做不到?We2ednc

面对现实吧,在某些情况下,我们唯一可用的实际测量工具就是自己的想象。考虑到这一点,我们来研究下以下两个案例。We2ednc

案例1

几年前,我写了一篇文章来讲述如何减少麻烦的开关电源中的脉冲抖动。我用一对串联RC对电源PWM芯片的Ct定时电容器进行了并联(图1)。We2ednc

We2ednc

图1:将一对RC添加到RtCt电路上。We2ednc

这样做起作用的原因是,这里存在LC电路,它是由Ct电容本身和其上所连接的任何电感所构成,而这对串联RC的电阻损耗使其Q值得到了降低。这些电感是电容器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。We2ednc

即使我没有示波器和示波器探头,看不到可靠的波形,但我知道会发生什么。我知道,功率MOSFET开关所产生的脉冲,肯定对Ct产生了某种高速振铃。通过在Ct上添加一对RC,引入阻尼,就可以消除实际上看不到的麻烦的振铃。We2ednc

然后,我把那篇文章的相关链接发布在了领英和一个领英群里,却得到下面这个颇具讽刺意味的评论:“这就是个‘试试看’的例子,这种方法我在上世纪六十年代设计电路时就用过。”We2ednc

这不是什么“魔术电容器”工程学院所讲述的东西。我已经设想了Ct会发生什么情况,然后在此基础上找到了解决方法。我对可能发生的事情有一个直观的想象。We2ednc

案例2

几十年前,我设计了一个带自动增益控制(AGC)的正弦波振荡器。这是一个韦恩桥式电路,设置在+15V的单轨电压下运行。图2是其原理图,它所提供的输出为1Vp-pWe2ednc

We2ednc

图2:这个正弦波振荡器是一个韦恩桥式电路,设置为在+15V的单轨电压下运行。We2ednc

U2a在AGC回路中起到精密整流器的作用。在D1的阴极处所得波形为输出正弦波的半波整流,但是把20kΩ电阻R6加进去后,所产生的、传递到U1b误差放大器求和点处的电流,就等效于全波整流了。We2ednc

基本概念很简单,如图3所示。We2ednc

We2ednc

图3:将半波整流波形与正弦波相加,即可实现全波整流。We2ednc

但是有位同事却说我错了。他的意见是,半波整流器就是个半波整流器,20kΩ电阻在此没有任何作用,应将它去掉。We2ednc

当时我没有任何可用的SPICE版本,也没有办法把电流探头包裹在任何电路走线上。因此,我无法证明我的全波主张,我也就无法使这位错误的同事相信实际发生的事情。We2ednc

但是今天,通过使用SPICE,我们可以看到曾经所无法看到的(图4),即如果在误差放大器的求和点处设置2:1的比例(SPICE模型中的R11和R13),那么把正弦波本身加到半波整流波形上,就可以得到全波整流。We2ednc

We2ednc

图4:仿真结果显示,在误差放大器的求和点处设置2:1的比例,可以实现全波整流。We2ednc

但是,我所使用的SPICE版本确实给我带来了一个问题。实际装置中所使用的结型FET(JFET)是2N4391,但那一版SPICE软件包中没有对这个器件进行建模。因此,我只能使用里面仅有的JFET模型来替代,但是要想使这个SPICE仿真振荡器真正振荡起来,就必须将JFET的1kΩ反馈电阻提高到10kΩ。We2ednc

如果这么做可以接受的话,就可以看到有全波整流的电流流入误差放大器的求和点。同样,这个电路得以工作,我也是通过在大脑里想象而实现的。We2ednc

有时,您的大脑可以让您做泰克、是德和福禄克等仪器制造商所无法企及的事情。We2ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Making measurements with your mind's eyeWe2ednc

本文为《电子技术设计》2020年7月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里We2ednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
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)。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 摩擦起电会是能量采集的下一个来源吗? 我们为何不持续寻找一种新的能量采集方式?因为它通常是免费的(忽略前期成本)、方便,并解决了许多实际的安装/更换问题。但是在能量达到可以采集之前,电子和负载方面有两个前端问题需要解决…
  • 小小被动元器件也有大学问 在“高性能被动元器件发展论坛”上,七家厂商分享了有关高性能被动元器件的发展趋势及技术挑战等热门主题。会议最后还召开“国产高性能被动器件的机会和挑战”的圆桌论坛,共同探讨了被动元器件之高性能与挑战、国产化进程、缺货涨价和应对方法,以及市场应用四个重要议题。
  • 高精度极限电阻的测试技巧 在“高性能被动元器件发展论坛”上,是德科技饶骞分析了传统的极限电阻测试中存在的问题,提出了针对不同阻值的极限电阻的精确测量手段和方法,包括三个部分:小电阻的高精度测量、超高电阻测量、材料漏电流或绝缘阻抗测量。
  • DDR5对比DDR4,重新做电路设计时要注意什么? DDR5是为了满足从客户端系统到高性能服务器的广泛应用,在省电性能方面持续增加的需求所设计;特别是后者正面临密集的云端与企业数据中心应用越来越高的性能压力...
  • 华为也要进军无人机? 无人机是一个看似高大上,实则非常难做而且目前市场容量还很小,但是不排除未来能够普及爆发,因此各大厂商都曾经或者想要进入。最近,看到华为也在储备这方面的专利。
  • 为什么高速数据通道需要重定时器? 转接驱动器和重定时器这类信号调节技术在许多系统环境中都非常有用,但当数据速率超过10Gbps时,转接驱动器便不再适合许多应用。在OIF/以太网、PCIe以及USB生态系统中,重定时器实现了所需的信号完整性,提供了稳健、明确的发展线路以及低成本的系统解决方案,可以充分满足消费者的需求。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了