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输入过压引起程序控制器失效

时间:09-19 来源:互联网 点击:
故事从晶体谈起:当反向偏置(PN结)形成时,半导体的连接点会有一个反向击穿电压。对于敏感的运放输入端晶体管,这种情形是极为不利的。

消费者经常将程序控制器返修,因为现场操作员没有正确调整它们。例如,假定一个天然气管道运行在3000 psi。当用校准过的压力传感器测量0到5000psi(对应输出为直流1到5V)时,3000psi由程序变量产生3.4V的输出。工作人员应该在3000psi时将输出调整到3.4V。现在程序变量相当于定点,并且控制环静止不动,换句话说,没有产生输出变化。

现场工作人员经常在程序变量和设定都是1V,而不是在它们都是5V时,调节控制器输出为恒值。在这种情况下,输入差分放大器的CMRR(共模抑制比)不令人满意。

考虑典型的程序控制回路,包括一个45V电源,从控制室到测量场所的一对导线,一个电流传感器,一个250Ω可变电阻,所有的器件都是串联。测量程序变量的电流传感器在导线中产生4到20mA的电流,代表0到100%的程序变量值。可变电阻上的电流就产生1到5V的控制器输入电压。

有时,1到5V的输入信号已经可用,那么可变电阻就是多余的了。那么在控制器上就可以不插这个电阻。然而,如果控制器工作在4到20mA信号,而又忘记安装可变电阻,那么控制器的输入大约是45V。危险!

程序控制器电路包括输入连接器与第一个运放间的电阻应当大于100kΩ,那么超过运放最大共模抑制比的输入电压也不会导致损坏,不是吗?电流能够好到足以通过一个100kΩ的电阻就可以改变45V电压源的运放特性吗?

我曾经问主办摩托罗拉研讨会的工程师,运放±15V供电,用一个100KΩ电阻将45V连到运放的输入端,是否会损坏运放。他回答:“是,运放的输入设备会雪崩击穿,放大功能可能不会失去,但是工作特性会改变”。

雪崩?这意味着什么啊?

当反向偏置形成时,半导体的连接点会有反向击穿电压。齐纳击穿二极管就是这种工作方式,在电压稳压方面非常有用。但这种情形对于敏感运放的输入端晶体管是极为不利的。像上面描述的电路一样,这种现象通常并不致命,但是会改变运放的表现。也会损坏输入差分信号的平衡。

所有我们要保持输入电压不能超出±15V供电电压。我们将二极管放置到控制器的输入端(阴极与+15V相连,阳极与输入针相连),如果控制器输入电压超出正供电电压,二极管将导通。为了保护反向输入电压不要超出-15V(万一线路错误),我们也在控制器输入端和-15V的电压之间(阳极连接-15V,阴极连接输入针)放二极管。

这些二级管一定要好的,在最高操作温度时漏电流要尽量低。在0%(4 mA, 1V)时读取,40 μA为1%的误差。

添加了二极管后,顾客再也没有将改进的还控制器返修理过。

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