[电路/定理]

待测信号为高输出阻抗,模拟前端怎么设计?

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金光|  楼主 | 2017-6-24 21:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
我最近在做一个测量系统,待测信号输出阻抗很高,约为400K欧姆,输出频率40KHz,最大输出范围±50V。我用10M欧姆电阻分压,再用运放跟随进行测量,测得直流分量衰减约5%,交流分量衰减很大,约80%。
我分析是输入有交流信号时,输入电阻上产生了并联的电容效应,使得整个输入阻抗降低,输入阻抗上的压降变低。
所以想请教各位高人,我这样分析是否合理?有没有什么好的方法测量这种输出阻抗很高、同时信号频率也比较高的信号?
先谢谢啦!
原理图.png

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nethopper| | 2017-6-24 22:30 | 显示全部楼层
C10最多放几个PF,那么C2就最多几百个PF。不放这两个电容应该也行。

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金光|  楼主 | 2017-6-26 15:59 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2017-6-24 22:17
你自己造成的,用10M及100k分压,是不必再其上并联电容,若要并联电容也要按照电阻比例,10M并100pF,則100 ...

非常感谢您的热心回复!对于您提的建议,我做一些说明:
分压电阻如果不并联电容的话,使用信号发生器输入时(输出阻抗很小),都会产生衰减。
并联电容的大小、比例是根据分压电阻来的,电阻比例是1:100,电容比例是100:1。
这个问题我觉得还是因为待测信号的输出阻抗大,结合频率、电容,共同导致了衰减。
希望能和您共同讨论,谢谢!

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金光|  楼主 | 2017-6-26 16:21 | 显示全部楼层
nethopper 发表于 2017-6-24 22:30
C10最多放几个PF,那么C2就最多几百个PF。不放这两个电容应该也行。

非常感谢您的回复!
分压电阻上还是要并联电容的,不然都会衰减。
电容小一点,只要比例不变,效果是相同的。
所以我考虑主要还是因为被测信号的输出阻抗太大,结合电容、频率,共同导致了衰减。
但是不知该怎么解决,郁闷。。。

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Jack315| | 2017-6-26 16:32 | 显示全部楼层
现在有两种不同的“信号源”,其差异主要体现在其内阻上。
而测量系统应该对此不敏感,即不同的内阻在测量系统的输出不应有显著的差异。
所以解决的方法大体有两种:
1. 用两种不同的“探头”对应两种不同的信号源;
2. 测量系统的输入阻抗足够大(比如/类似仪表放大器),使得两个不同内阻的影响低到可以忽略不计。

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xuplastic| | 2017-6-27 00:29 | 显示全部楼层
运放跟随一下就行,高压运放LTC6090,省却一切烦恼

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xuplastic| | 2017-6-27 00:31 | 显示全部楼层
或者用可调电容,想示波器那样,仔细的做阻抗匹配使得全频带相应一致,但是想想的觉得很麻烦,而且精度捉急,1%精度就顶破天了,一般也就5%

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QuakeGod| | 2017-6-27 15:48 | 显示全部楼层
根本不是那么回事。
你10M上并联的电容太大了,你没算算100pF电容在40kHz的时候,容抗多大?才40k欧。和内阻分压才剩多少。
而你源输出400k欧内阻上可没帮并联一个2500pF的电容哦。
你的问题不是分压比准不准的问题。而是高内阻,高频率和输入电容之间的矛盾。所以输入电容越小越好。即便有,也是最好是能和你那个400k欧的分布电容匹配。
这样算来,你的10M电阻上并联1pF电容都嫌大。

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QuakeGod| | 2017-6-27 15:53 | 显示全部楼层
另外,你为何前面将信号缩小,后面又放大呢?
绝大多数时候,在输入允许的范围内,信号输入幅度越大,所需放大倍数越小,失真和误差也越小。

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songchenping| | 2017-6-27 16:55 | 显示全部楼层
加一级运放跟随啊。让输出阻抗变小

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czw1993| | 2017-6-27 19:05 | 显示全部楼层
学习

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金光|  楼主 | 2017-6-28 09:33 | 显示全部楼层
xuplastic 发表于 2017-6-27 00:31
或者用可调电容,想示波器那样,仔细的做阻抗匹配使得全频带相应一致,但是想想的觉得很麻烦,而且精度捉急 ...

您前面提的高压运放是一个好办法,但是在我的系统里电源是个大问题,因为只有5V电池供电,很难做±70V的电源。
所以我就考虑参考示波器的方案,我查了些资料,示波器的调理电路和我的电路差不多,您有没有详细的方案呢?

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金光|  楼主 | 2017-6-28 09:39 | 显示全部楼层
QuakeGod 发表于 2017-6-27 15:48
根本不是那么回事。
你10M上并联的电容太大了,你没算算100pF电容在40kHz的时候,容抗多大?才40k欧。和内 ...

您说到点子上了!
但是我测试了去掉电容,衰减还在,请问有没有好办法,彻底解决这个问题?
已经卡在这个问题上好久了,郁闷啊。。。

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hwyqweasd| | 2017-6-30 09:31 | 显示全部楼层
金光 发表于 2017-6-28 09:39
您说到点子上了!
但是我测试了去掉电容,衰减还在,请问有没有好办法,彻底解决这个问题?
已经卡在这个 ...

您好,我也搞过这种电路,类似示波器模拟前端。输出±300V,频率10M以内。也是R1C1+R2C2分压,使得R1C1=R2C2即可。但是你这个信号源阻抗好大啊,仿真了一下确实有80%以上衰减。。我先想想有什么对策

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hwyqweasd| | 2017-6-30 09:42 | 显示全部楼层
建议先将信号源用示波器看一下,是不是真的有400k内阻,频率是否对应?

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雪山飞狐D| | 2017-6-30 19:36 | 显示全部楼层
金光 发表于 2017-6-26 16:21
非常感谢您的回复!
分压电阻上还是要并联电容的,不然都会衰减。
电容小一点,只要比例不变,效果是相同 ...

OPA2313 等效交流内阻可能有问题,你这样接成仪表放大器的话,建议你直接换成AD620试试(内阻10G),还有一个就是高阻值电阻高压的加载的问题(正规电阻都会标明电压范围),你需要串联5个左右的2M电阻试试,不要用贴片,用常规的插件金属膜电阻

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金光|  楼主 | 2017-9-9 16:03 | 显示全部楼层
谢谢大家的回复!
最终采用了“xuplastic”的方案,使用了高压运放作为前端,但是±70V的高压还没解决,只做到了±40V的输入范围,后面继续改进。
这个问题先做个了结,再次感谢论坛的朋友们!

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雪山飞狐D| | 2017-9-9 16:23 | 显示全部楼层
电阻功率用大一点的,不要用M欧级电阻,本身的电阻自带电容干扰都很严重,运放用AD620

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