关于电压源的输出性能再次请教，负载调整率与负载能力问题

long3312

这样的，大家做的基准源，比如说有位朋友做了可调的电压源
这个源的负载能力呢
举个例子，负载10k电阻  负载2k电阻，空载（都要负载万用表的）
在这三种情况下，万用表的读数还是那么多吗？
输出电路要怎么搞才能得到不变的数值呢
请教了

shichen717

取决于放大器的输出阻抗，输出阻抗与负载分压，造成负载上的分压降低，即负载效应。

longshort

负载能力与负载调整率有关，负载调整率又与你的设计中允许的最大值有关。
例如，若你的基准源是10V，负载调整率是1ppm/mA，而设计允许的电压下降是10ppm，那么你的基准源最大可输出10mA，负载电阻是1K欧。
实际上基准源是不允许输出这么大的电流的，这里只是举个例子。

thy888

要达到不变（小于1PPM),一般都要2级实现，第一级用斩波稳零运放，不是基准用途也可以用AD707一类的，要求开环增益大些。第二级功率驱动，可以分离元件，基本结构形式就是运放驱动功率管的音频功放的样式。也可以用LT1010,BUF634这类高速电流型缓冲，后者比较简单，做的不好容易震荡。
其次就是合理的接地，这个最关键，否则负载调整率还是非常大。
远端输出，必须要4线。

youngliu

可以采用这样的接线方式降低内阻

lilith

比如说有位朋友做了可调的电压源
这个源的负载能力呢

不会说的是我吧


我那个 voltgen 目前只是一个基本板，输出部分尚未安置上去，因为它属于“接下来的扩展”，不过这方面已经进行了充分的仿真和实验。输出部分预想的电路结构之一（还有其它结构）仿真如下。

数据：
空载的时候，
Hi 点电压 10.000,004,5 V
Lo 点电压 4uV，
Hi- Lo 就是 10.000,000,5 V

负载 Source 10mA
Load 10mA，
Hi 点电压 10.000,103,1 V
Lo 点电压 104uV
Hi-Lo 是 9.999,999,1V，


可见负载 Source 方向 10mA，变化 1.4uV，合 0.14ppm，负载调整率 0.014ppm/mA

负载 Sink 方向
Load -10mA

Hi 点电压 9.999,908,2 V
Lo 点电压 -96uV
Hi-Lo 是 10.000,004,2V，



可见负载 Sink 方向 10mA，变化 3.7uV，合 0.37ppm，负载调整率 0.037ppm/mA


下面是仿真截图，顺便说一下这个电路我实际上用 OP177 做出来并由 6581 测试，基本符合仿真结果。优秀的结果取决于
1、运放开环增益，越大的开环增益，这个结果越好
2、运放的 Ib，一般来说运放的偏置电流是输出电路提供的，那么它肯定会稍微影响一点点输出电压，所以运放的偏置电流越小越好。


*具体到我的 voltgen，还能用软件解决这个问题

空载


Source 10mA


Sink 10mA

lilith

我刚才测试了一下，我的 Voltgen 在没有附加输出电路的情况下，负载 10mA 的调整情况。实际上由于数字闭环存在，ADC 会不停检测输出电压，不管是由于温度变化还是负载电流变化导致的输出电压变化都会被调整，因为程序并不知道是什么原因导致输出电压变化了的，它只管调整回设置值。

测试方式，在输出端接一个 1K 电阻到模拟地：



空载的时候的电压：



刚接入电阻的时候，由于闭环调整的速度是 1e01 秒的尺度，所以可以看到输出电压下跌了



程序把电压调整回来，可以看到有调整过冲，从 voltgen 显示屏也能看出来，输出电压高于设定值了


第二次调整过冲，从 voltgen 显示屏也能看出来


调整完毕，和空载电压一致，显示屏上显示的电压值也回到了设置值

shichen717

只要输出电流能力可承受负载需求的前提下运放开环增益足够高，等效输出阻抗事实上非常低，远低于想象，请参阅反馈控制原理。

等效输出阻抗在直流附近可以精确计算。

long3312

非常感谢你的研究！
对于0v附近的电压输出情况呢？
比如1mv的输出或者 10mv的输出
基本上是串联稳压电路
三极管的管压降怎么处理
输出1mv

long3312

我用的放大器是ltc1151  性能指标很高的
但是不行
输出            10.7995
负载 2.2k为  10.7974
这差异就很大了哦

longshort

long3312 发表于 2014-3-30 09:00
我用的放大器是ltc1151  性能指标很高的
但是不行
输出            10.7995

通常电压源的运放输出要加扩流，并将最大输出电流限制在10mA以内。输出性能可以用负载调整率来度量，在限定的输出电流范围内，负载调整率近似为常量，测量时根据结果值再考虑负载的作用加上跌落的电压，就是空载时的输出电压值。

按您的数据看，负载调整率在39.69ppm/mA左右。

long3312

lilith 发表于 2013-3-31 21:03
我刚才测试了一下，我的 Voltgen 在没有附加输出电路的情况下，负载 10mA 的调整情况。实际上由于数字闭环 ...

你好，能不能不加入你的自动调整部分
纯粹的用那个硬件调整呢
情况还能帮忙测试下
我用的ltc1151与9013做的情况不理想
后来改为tip122一样的情况不理想
而且小于0.1v的时候失去了线性

lilith

long3312 发表于 2014-3-31 18:28
你好，能不能不加入你的自动调整部分
纯粹的用那个硬件调整呢
情况还能帮忙测试下

确实没测试过很低电压情况下的调整率，只测试过 10V 时的，我有空测试一下，你需要多大的满载电流呢？

youngliu

long3312 发表于 2014-3-31 18:28
你好，能不能不加入你的自动调整部分
纯粹的用那个硬件调整呢
情况还能帮忙测试下

输出很低的时候线性差应该是热电势、OP的失调以及输出-反馈采样点选取、接法引起的了

long3312

嗯
两位大侠讲的很有道理
就限制在5ma内足矣！
不用你的自动调整，而是硬件电路的调整能不能满足要求？

youngliu

long3312 发表于 2014-4-1 11:42
嗯
两位大侠讲的很有道理
就限制在5ma内足矣！

10mA其实真不是问题。
LTC1151、LTC1150放大如此接近0的直流电压，最好采用+/-双电源供电了，哪怕-1V、-2V
另外，10mV输出要带10mA，负载电阻就是1ohm了，接线电阻影响很大，取样点很关键了

long3312

youngliu 发表于 2014-4-1 16:50
10mA其实真不是问题。
LTC1151、LTC1150放大如此接近0的直流电压，最好采用+/-双电源供电了，哪怕-1V、- ...

是双电源的
现在的问题是：
比如输出10v
空载时10v
2k负载就是9.996v
有点掉的多了！
元器件是ltc1151与9013

yinweini

long3312 发表于 2014-4-1 20:59
是双电源的
现在的问题是：
比如输出10v

估计电路设计不合理，下面的板子10a输出压降小于0.1mv，hp5位半表无变动，输出、取样、测试0电位，器件的原因长稳不行，1v下为测试过

youngliu

long3312 发表于 2014-4-1 20:59
是双电源的
现在的问题是：
比如输出10v

肯定没有从负载端取样反馈，否则内阻不可能这么大。内阻有0.8ohm了，做得好的要比这个小1000倍不止

lilith

long3312 发表于 2014-4-1 20:59
是双电源的
现在的问题是：
比如输出10v

我今天回老家前有点空，测试了一下我的那个电压源设计中（未定稿）的一个输出驱动板，供参考。

空载：10.000,229V
Source 100mA：10.000,230V
Sink 100mA：10.000,229V

lilith

long3312 发表于 2014-4-1 11:42
嗯
两位大侠讲的很有道理
就限制在5ma内足矣！

测试的电路（未定稿、实物后期又略有更改），设计输出电压 0-12V，电流（Source and Sink） 1.2A max，未做负载差分

lilith

youngliu 发表于 2013-3-31 18:34
可以采用这样的接线方式降低内阻

我试验 AD569+AD588 的时候，官方推荐了（实际上也只能）这个电路，似乎因为地不是真正的模拟地，共模干扰抑制能力会下降 所以如果需要以 4 线方式接到负载上，我想考虑使用仪放测量和反馈负载两端的差分电压比较好。

deall8668

youngliu 发表于 2014-4-1 11:32
输出很低的时候线性差应该是热电势、OP的失调以及输出-反馈采样点选取、接法引起的了

是的

deall8668

看電路和PCB才能知道如何處理