儀表放大器故障檢查工具—“鉆石圖”

　　在一些情況下，信號在儀表放大器的額定輸入電壓范圍內，但輸出似乎飽和。 是什么原因導致了這一現象，是器件壞了嗎?

　　2013年2月18號，一架飛機計劃從布魯塞爾飛往蘇黎世，在裝載貨物期間發(fā)生了一起驚天鉆石大劫案， 劫匪成功掠走價(jià)值約3.5億美元的鉆石，整個(gè)過(guò)程僅持續5分鐘左右， 被稱(chēng)為"史上最大鉆石搶劫案之一"。 劫匪們喬裝成警察(連臂章都跟真的一樣)，謀劃周密，行動(dòng)迅速且無(wú)比精確，情節恍如現實(shí)版的好萊塢電影。 機上的乘客們毫不知情，直到被要求走下飛機才知道有事情發(fā)生。 隨后為了將劫匪緝拿歸案，展開(kāi)了一場(chǎng)國際大追捕。

　　從事電子設計工作的人需要關(guān)注不同的鉆石圖。 使用儀表放大器時(shí)，設計師常常觀(guān)察到一些奇怪的現象。 有時(shí)候可以將問(wèn)題準確地解釋為“輸出飽和”，但另一些時(shí)候，問(wèn)題描述可能不那么容易明白： “增益誤差非常大”或“放大器線(xiàn)性度誤差很大”，甚至是“它不能正常工作”。 我們沒(méi)有解決客戶(hù)問(wèn)題的流程圖，但如果有的話(huà)，在“確保器件上電”之后必然是“檢查鉆石圖”。

　　本文所說(shuō)的鉆石圖常常是在數據手冊中提供，顯示儀表放大器的輸入共模電壓與輸出電壓范圍的關(guān)系。 如果工作條件在輪廓以?xún)?，器件應能正常工作，否則，輸出將因為內部節點(diǎn)飽和而無(wú)效。

　　對于不熟悉儀表放大器的讀者，這些線(xiàn)性器件放大的是其輸入端之間的電壓差，與輸入電壓相對于電源電壓的大小無(wú)關(guān)。 輸入共模電壓(兩個(gè)輸入電壓的平均值)會(huì )被放大器抑制。

　　不用說(shuō)，操作會(huì )被限制在一定的電壓范圍內，多數人會(huì )認為該范圍小于電源電壓，因此這一般不是問(wèn)題。 然而，共模電壓進(jìn)入電路之后，不會(huì )輕易消失， 而是要在內部將其從目標信號中減除。 這意味著(zhù)，放大的信號和共模電壓必須在電壓軌范圍內。 輪廓有特定形狀，可以是八邊形、六邊形或平行四邊形;減除共模電壓的機制取決于具體電路拓撲結構。 鉆石圖可能有點(diǎn)用詞不當，但指定輸入電壓、所需輸出擺幅、基準電壓和電源軌之后，這種輪廓圖可為電路設計師提供關(guān)于適當工作范圍的有用信息。

　　處理低電源電壓和單電源應用時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得更困難，因為鉆石圖變得更小，工作范圍變得更為受限。AD8226、AD8227、AD8420和AD8422等現代儀表放大器致力于將鉆石圖擴展到盡可能大。 為了簡(jiǎn)化低壓設計，AD8237的鉆石圖超過(guò)了電源電壓，如圖1所示。

　　因此，下次利用儀表放大器進(jìn)行設計時(shí)，記住考慮鉆石圖。 至少，這種鉆石圖不會(huì )招致國際刑警上門(mén)追查被盜的鉆石!

　　輸入共模電壓 輸出電壓

　　圖1. 輸入共模電壓與輸出電壓的關(guān)系

　　參考文獻

　　儀表放大器應用工程師指南

　　Seth Cline。近年7大鉆石劫案：數百萬(wàn)美元的鉆石劫案并非好萊塢的專(zhuān)利 美國新聞。 2013年2月19日

　　Daniel Michaels。鉆石劫案嫌犯被抓。法國、瑞士和比利時(shí)聯(lián)手起獲鉆石和數袋現金。 華爾街日報。 2013年5月8日

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