運放電路在正負雙電源供電時,一般不須預加偏置電壓(靜態(tài)輸出為0v,無須電平偏移)。但恰恰在某種情況下,也須引入偏置電壓,以滿足后級電路如mcu對輸入信號的極性要求。
mcu的供電為+5v單電源,對輸入信號的要求如下:
1)輸入信號幅度不應高于供電電源電壓;
2)不要負極性輸入電壓信號;
3)應為電壓輸入信號,不能直接輸入電流信號(如是,須轉換為電壓信號輸入)。
總之一句話,0-5v以內的直流電壓信號,才滿足其輸入要求。
電流互感器的輸出電壓,其靜態(tài)為0v,動態(tài)為交變電壓如±2v的幅度,因為有負極性信號的存在,故不符合mcu對輸入信號的要求,而電流檢測電路的第一級,首要任務,即是將±2v的交變信號,處理為0-5v以內的單極性電壓信號。常用電路見圖1。
圖1 u相輸出電流檢測第一級電路
在二千年之初,因維修變頻器之故,我初遇該電路,一時不解:為放大電路預加-2.5v的偏置電壓,何意也?
想之又想,終于明白(不夸張,當時沒有人能告訴我,基本上全靠自己想通為止)。這是為適應mcu對輸入信號的要求而采用的電平位移措施。想至此,感覺設計者也真是聰明:預加偏置-2.5v,省去了精密全波整流的麻煩。
1、靜態(tài)工作點
n1為-2.5v基準電壓發(fā)生器。n2為加法器(反相輸入時,可稱為反相求和電路)。靜態(tài)時,因iu輸入支路不起作用(r3兩端為0v不產生信號輸入),所以電路可等效為-2.5v的反相放大器,見圖2。
圖2 靜態(tài)等效電路
當然,電路的靜態(tài)輸出電壓為+2.5v,非此即故障狀態(tài),會導致上電誤報ol、oc、sc故障。
檢修此電路時,比之未設預加偏置電壓的放大器,多一個檢查環(huán)節(jié),即須先行檢測-2.5v基準電壓產生電路是否正常。
2、動態(tài)輸出
運行中,當有實際的iu工作電流產生時,電路可等效為iu信號與-2.5v的反相求和電路,見圖3。
圖3 信號動態(tài)等效電路
在其作用下,將輸入±2v變?yōu)?.5v-4.5v的輸出信號。對輸入雙極性信號實現了0v以上的抬升。
檢修工作,實際上往往是對電路靜態(tài)工作點的復原,使n2輸出端變?yōu)?2.5v,檢修工作往往也宣告結束。電路的靜態(tài)工作點正常了,就好像已經有了一匹日行千里的良駒,當那個叫做“信號”的人到來時,可以縱馬馳騁了。
靜態(tài)工作點正常是動態(tài)正常工作的保障與前提。有人形容過,動態(tài)信號是馱載在靜態(tài)工作點之上的。
其實,將動態(tài)與靜態(tài)分開來看,已經不夠確切,或許可以將靜態(tài)看作是平靜的湖面,而動態(tài)是起風的湖面,雖然風急浪高,但有波峰必有波谷(其實波峰填到波谷里還是平的)。還是那些湖水,并沒有增減。這就是當從直流信號的角度來檢測動態(tài)信號電壓時,動態(tài)=靜態(tài)=2.5v不變的原因。若動態(tài)時不為+2.5v,恰恰說明電路已經有了問題。