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?AGnednc

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。AGnednc

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)。AGnednc

AGnednc

图1:将一对RC添加到RtCt电路上。AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

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。”AGnednc

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。AGnednc

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-pAGnednc

AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

基本概念很简单,如图3所示。AGnednc

AGnednc

图3:将半波整流波形与正弦波相加,即可实现全波整流。AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

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。AGnednc

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

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AGnednc

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”
  • 改善动态环路响应 DC-DC转换器通过反馈控制系统,将不断变化的输入电压转换为(通常)固定的输出电压。反馈控制系统应尽量保持稳定,以避免出现振荡,或者发生最糟糕的情况:输出未经调节的输出电压。控
  • 如何建立基于MEMS的解决方案,以在状态监控期间实施振动 对于使用电机、发电机和齿轮等的机械设备和技术系统,状态监控是当前的核心挑战之一。在最大限度降低生产停机风险这一方面,计划性维护的重要性日益凸显,不仅是在工业领域,在任何
  • 自制八木天线 本文介绍了八木天线的构造阶段,它使用4NEC2软件进行参数计算。这种天线用于电磁波的发送和接收,本项目指的是433.92MHz的频率。为了理解本文,需要具备最低的天线理论知识和4NEC2或类似程序的经验。
  • 利用混合信号示波器查找和诊断电源完整性问题导致的抖 本文使用MSO6B来演示抖动和电源轨道测量,因为其引起的噪声低,特别适合这些测量。该示波器配有数字电源管理(DPM)选项和高级抖动分析(DJA)。虽然我们以6系列B MSO为例,但5系列MSO也提供了相同的测量功能。
  • 除了搭配绝版麒麟9000芯片,华为Mate 40绝版旗舰机还有 Mate 40可能成为华为的绝版高端旗舰机,也因此受到了很多用户的关注,那么,这款具有特殊意义的Mate 40/Pro 会有什么特色呢?除了挖空曲面屏,还可能配有升级66W超快充等等。
  • 汽车软件:发展到了哪里? 90年代汽车主要采用嵌入式软件,代码很少能达到100万行。随着汽车电子和软件内容快速发展,一辆先进汽车中的软件代码已超过1亿行。复杂软件需要由操作系统进行管理,Linux等开源软件也在汽车软件中变得越来越重要。本文章介绍了“建立-制造-营销-使用”概念,比较了汽车硬件 和软件在四个阶段的主要特点及如何影响汽车的成功。
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