应用笔记--交流电压(电流)信的采集放大

1、AN：交流电压（电流）信号的采集放大简介在采集交流电压、电流信号时，一般使用精密电阻分压或使用交流互感器感应出电流后精密电阻分压，之后使用运放采集和放大。运放输入信号的精度由精密分压电阻和交流互感器保证。本文讨论信号经过运放时，精度的影响因素和如何保证精度。1、运放误差源偏置电流：理想运放的正负输入端的内阻无穷大，输入电流为零。实际上，每个运放都有偏置电流，范围60fA100uA。1、这些电流在流过输入端的接地电阻时，就会产生电压，再经过放大，在小信号采集时，会引入很大的干扰。2、当通过电阻接地，测量小电流信号时，偏置电流会分掉被测电流，使电压分压不准确。措施：1、采用偏置电流较小的放大器。2

2、、减小外接电阻。失调电流：运放正负输入端内部都是三极管和保护二极管，由于不可能完全一致，所以会使偏置电流不完全一样，其差值的模就是失调电流。范围20fA100uA。失调电流的存在，导致经过输入电阻时，在输入端产生电压，经过运放放大后，会有一个毫伏级别的电压。失调电压：失调电压包括输入失调电压和输出失调电压，两者的关系Vos_out=Af*Vos_in。当运放的两个输入端都接大地时，由于失调电压，输出不为0，此电压为输出失调电压。当一个输入端输入为0，调节一个输入端的电压，使输出电压为0，此电压为输入失调电压。这个是运放本身特性，由设计和生产厂家决定，用户可以选择不同参数的器件。温度和时间漂移：

3、温度影响已上三个参数，当上述三个参数比较小时，各参数的温度和时间漂移的就会凸显出来。备注：运放内部的晶体管种类影响偏置电流，双极性晶体管大于场效应管。2、解决思路1、选择参数合适的运放，三个参数：偏置电流、失调电流、失调电压、温度漂移都尽可能低。2、选择精度较高的外部电阻，输入电阻应选择较低的阻值，减小失调电流经过电阻产生的电压。3、调零（批量生产时，不推荐）3、测断相GNDR2DR16印F茁ovIsocn.iA14IIMai%R151WLMV3l41.10,114,1206|GNI)R19-71R17270n22DpF75aV说明：当断相时,14左端悬空。REF=1240V当断相或者Vin=

4、0时：Vout=REF*R19/(R19+R20)*(R16+R18)/(R16+R18+R13)=1.148V输出误差影响因素：电阻大小、电阻精度、REF精度。当Vout公式中，分子的电阻误差为+1%,分母的电阻误差为-1%,Vout_error负误差最大,反之，Vout_error正误差最大。综上，理论计算得，LMV324断相输出误差=0.1%。4、测交流电压原理图R17:：即除口1%亡狛|酣冒山山测母：=：m线，弟分运放(REF-(Vin*l.1/2001.1)*3-Vout,减是表示反相):也4的偏置电流朗OnA3akD.i%KC催適；世液郭soR141MO.1%R151IMn,1%2

5、T0Qi1ZZQpFWV曲DRH91011,1%Rieion.li%LMV32-1说明：V1为交流电某相输入，AD0为电压输出(接MCU),REF为参考电压1.240V。查询LMV324的手册，偏置电流为11250nA，失调电流550nA，输入失调电压1.77mV。V1经过R14、R15、R18到地，则流过R18的电流：220/(R14+R15+R18)=109.9uA。输出误差：Vout_error=(输入失调电压+偏置电流*R18)*Af=(7mV+250nA*1.1K)*3=21.825mV。输出误差按放大比例和分压比例反推为输入：Vin_error=Vout_error/Af*R18=21.825mV/3*1.1k=13.235V。测量精度=13.235V/220V*100%=6.01%。当失调电压=1.7mV：Vout_error=(输入失调电压+偏置电流*R18)*Af=(1.7mV+250nA*1.1K)*3=5.1mV。Vin_error=Vout_error/Af*R18=5.1mV/3*1.1k=1.87。测量精度=1.87V/220V*100%=0