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如何设计实现一个共模范围在0-120V 之间的低成本测量电池组电压的装置?


答:这里所谓高共模输入电压,是指高范围的同相输入电压,下面先说明运放一些概念:

运放有所谓的dynamic range是指运放(OP)未饱和时,正常动作时的输出、入电压范围。一般而言dynamic range越大,电源电压的有效利用率越高,例如处理同等级的信号时,就不需刻意提高电源电压也获得省能源效应。尤其是可携式消费性电子产品要求低电压低耗电量的场合,高效率的电源电压始终是备受重视的焦点,尤其是运放的ground电位,若是设于Vcc~VEE正负电源电压的中点(亦即动作点)时,就可获得极宽广的dynamic range。有鉴于此设计人员通常会在不减损输出dynamic range的前提下,使输入dynamic range大于输出dynamic range。

输入信号的电位为VEE(电源电压)时,有些OP它的极性会造成反转,虽然Output允许因过大输入造成的饱和,不过大部份的情况却不允许极性反转,所以两单电源用在运放输入信号到达VEE之前输出会反转。需注意的是即使是单电源使用运放,如果超越VEE下0。5V亦即VEE-0。5V 时,输出的极性也可能会反转。

所谓的同相输入电压范围VICM(共模输入电压)是指两个输入端子与ground之间,可施加的同相电压范围。虽然施加的同相电压超过该范围时,并不会造成元件损坏等问题,不过却会使运放的功能停止。只要差动输入电压作为增幅器时的动作正常基本上是0伏特。同相输入电压范围VICM与正负电源电压相同是属于理想状态。

一般运放会利用差动放大器的CMR(共模信号消除比)来做相同成份的去除时,在有必要将同相范围扩大的情况,可用增益(Game)1/10的反相放大器A2 之输入Vs2讯号,另外用加法方式再加入一级也是增益(Game)1/10反相放大器A1之输入Vs1讯号,这样就可以达到同相输入范围扩大之差动放大。

如果要设计共模范围在0 - 120V 之间,其上述反相放大器A1,可用R1=100K,Rf=10K,而反相放大器A2,也是用R1=100K, Rf=10K,并且反相放大器A1输出串一10K电阻到反相放大器A2的负端输入口即可。

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