擴(kuò)展DSO功能的儀表放大器

　　為了確定一個(gè)太陽能發(fā)電廠的  規(guī)格，需要準(zhǔn)確地測量某個(gè)產(chǎn)品消耗的負(fù)載電流。該產(chǎn)品用于多個(gè)內(nèi)部設(shè)備的開、關(guān)切換，間隔時(shí)間為數(shù)秒。但電流計(jì)顯示電流瞬變的速度太快了，無法用目視觀測，而我的經(jīng)理要求提供有電流波形峰值的示波器照片。我推來了公司的車載DSO（數(shù)字存儲示波器），在產(chǎn)品的正電源輸入端串接了一個(gè)小阻值電阻器，試圖在電流采樣電阻器上作一個(gè)差分電壓測量（Channel A減Channel B）。

　　很不幸，來自本地調(diào)頻廣播電臺的 RF 噪聲淹沒了采樣電阻器負(fù)載上少許波動(dòng)所產(chǎn)生的電壓，并且由于電源線路上無用的電壓降而增加了電阻。最后，12V電壓線路引入的一個(gè)電壓偏移，限制了示波器準(zhǔn)確解析差分小信號的能力，而這正是我要測量的內(nèi)容。我斷開示波器的交流接地，使其對采樣電阻器而言為“懸浮”態(tài)，但跡線上的可見RF噪聲更加明顯。我曾考慮使用老式的模擬（非存儲）示波器，但我得用DSO的存儲功能來捕捉和打印我寫報(bào)告所要求的波形。

　　遭到挫折后，我在工作臺上尋找一些零散的元件，搭一個(gè)能解決這個(gè)問題的電路。搜集到零部件中恰好有一個(gè)儀表放大器IC₁，它可以出色地完成將小信號從高頻背景噪聲中提取出來的工作。放大器固有的低響應(yīng)速度可以衰減 RF 噪聲，而不會影響到對較低頻率信號的放大。在放大器的輸入、輸出端增加RC低通濾波器，進(jìn)一步衰減由附近的開關(guān)電源和數(shù)字邏輯電路以及微處理器所產(chǎn)生的低頻噪聲。

　　通常情況下，我避免在模擬電路上采用會輻射噪聲的DC/DC轉(zhuǎn)換器作電源。但是，現(xiàn)在DC/DC轉(zhuǎn)換器IC₂ 卻是一個(gè)方便且技術(shù)上可行的方案（圖1）。一般來說，DC/DC轉(zhuǎn)換器在負(fù)載電流升高時(shí)產(chǎn)生的噪聲也更大，但在本電路中，唯一的負(fù)載構(gòu)成了儀表放大器，它只消耗幾毫安電流。增加一些濾波元件可以進(jìn)一步抑制噪聲。

　　在正常運(yùn)行情況下，消耗的電流在約300mA~800 mA之間波動(dòng)。為盡量減少電源回路中產(chǎn)生的電壓降，我用一個(gè)5mm×20mm、10A、250V 的保險(xiǎn)絲F₁作電流采樣電阻器。保險(xiǎn)絲上的電壓降每100mA電流約為1mV，保險(xiǎn)絲工作在標(biāo)稱值的一小部分，避免了測量中引入非線性因素。

　　增益設(shè)定電阻器R₂值為475Ω，儀表放大器為Analog Devices公司的AD620，可提供105V/V 增益，產(chǎn)生約1V的輸出，相當(dāng)于流過分流器的1A電流。電容器C₁₂與C₁₃為高頻噪聲提供低阻抗通路。