[参考译文] LM331：用作隔离放大器时的设计注意事项和响应

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请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1421513/lm331-design-considerations-and-response-when-used-as-isolation-amplifier

器件型号：LM331
主题中讨论的其他器件： VFC110、 VFC32、 VFC320

工具与软件：

我计划以类似于本应用手册图4的方式将 LM331用作隔离放大器：

https://www.ti.com/lit/an/snoa819/snoa819.pdf

我可以从该电路获得什么样的带宽？考虑到输入端的100kOhm/0.1uF LPF、我的猜测在几十赫兹范围内。是这样吗？

是否可以将带宽扩展到至少1kHz (最好是几 kHz)？

根据 LM331数据表第15页：

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf

在这种 V 到 F 转换回 V 系统中、快速响应的瓶颈实际上是输出侧用于将接收到的脉冲转换为平滑的输出电压的 LPF。如果是这样、我可以选择一个更高的频率来降低滤波要求并改善响应吗？例如、我可以在设计 V 至 F 级时使整个输入范围对应于~90至100kHz、而不是10Hz 至11kHz？这样、我只需要一个90kHz 而不是10Hz 的滤波器、该滤波器应该能够极大地改善响应。

此外、上述应用手册中的图4 (或数据表中的图19)是否反相？由于 LM331的输出连接到运算放大器的反相输入。如果是、是否可以使其实现同相？该运算放大器是否配置为跨阻放大器、因为 LM331的输出是电流脉冲而不是电压脉冲？

谢谢你

3 个月前

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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TI 不再生产 LS-400、但更多的调制光电晶体管具有相同的物理限制、并且速度也不会更快。对于10 kΩ 负载、是否超过1kHz 值得怀疑。

您可尝试使用光电二极管并放大其输出、但随后使用集成隔离放大器会更容易。

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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光晶体管或光耦合器对我来说不是限制因素。我还可以通过其他方法获得比光电晶体管快得多的穿过隔离栅的脉冲。 LM331本身的固有限制是我的系统的限制因素。因此、了解如何优化基于 LM331的 V 到 F 和 F 到 V 转换器以加快响应将非常有帮助。

我的输入和输出侧不会在同一个板上。我认为集成隔离放大器不适合我的情况。

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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Hsine-Che、

通常、VFC 的最大频率在单片电压至频率转换器中是不可调的。 VFC32支持更宽的频率范围。您能否使用此器件？我也看到 VFC320和 VFC110 进行电压到频率运算、但这些器件仅提供 PDIP 格式、VFC32采用 SOIC 封装。

此致、艺术

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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我不会试图超过最高频率。 LM331数据表第1页和第3页指出最大频率为100kHz、但提供的示例电路(例如第12页的图14)对于整个输入范围仅为11Hz 到10kHz。为什么？例如、我可以将其更改为90kHz 至100kHz、50+-5kHz 或100kHz 限制范围内的任何其他频率范围吗？

如果可以的话、那么如何修改接收(F 返回至 V)侧来适应这种偏移变化？我在 V 到 F 电路(图14)上看到了失调电压调整电位器、但在 F 到 V 电路(图18和19)上没有看到。是否可以在 F 至 V 侧包含失调电压调整？

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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Hsine-Che、

图17显示了100kHz 满量程输出频率范围的电路。图7说明了该电路在100kHz 范围内的非线性误差。此电路的固有运行机制是在从接近于零开始并到满量程频率结束的输出频率范围内。您可以使用电平转换放大器强制 LM331输入信号范围来满足您的输出频率要求。例如、如果您的自然输入范围(例如 DAC 输出)为-10V 至+10V、那么当输入为-10V 至+10V 时、您可以将其转换为-10V 至-8V。您可以在接收侧进行类似的电平转换(F 到 V)。中提供了查找反相和同相电平转换组件的工具 模拟工程师计算器(请见下方)。请注意这个电路将具有良好的线性、但是绝对精度受到限制(增益技术规格"转换精度"为+/-5%)。增益误差限制是原始文档具有跳闸电位器的原因。如果您将范围调整为90kHz 至100kHz、则可能需要进行一些校准、以解决这种不准确的问题。我建议对该电路进行原型设计、因为我们没有用于测试电路的模型。

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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非常感谢您指出数据表中的图17。我该怎么做呢? 我想额外的元件(运算放大器和晶体管)用于提高线性度、并且我仍然可以使用基本电路(图14)通过摆动 RC 值来获取我需要的任何频率范围、对吧？但是、最小输入始终对应于接近零赫兹的频率、最大输入将产生最大频率。如果我需要失调电压、则必须在 V 到 F/F 到 V 级之前和/或之后的其他地方添加失调电压、因为 LM331实际上并不支持这种失调电压。我的理解是否正确？

您能否同时解释一下如何设计图19中的有源输出滤波器？我想这是一个互阻抗放大器、用于将中 LM331的电流脉冲转换为电压。这是正确的、还是我误解了一些东西？

再次感谢你

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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Hsine-Che、

您对额外组件的理解是正确的(提高100kHz 高速运行的线性度)。
您对输入和输出放大器的理解是正确的。也就是说、放大器会改变信号范围、以便您可以针对输入信号实现所需的频率范围。例如、您的自然输入电压范围可能为-10V 至+10V、并且可以将该范围移到-10V 至-8V、以实现85kHz 至106kHz 的频率。
有源滤波器实际上是一个积分放大器。 VFC110 数据表的工作原理部分对为何需要积分器来实现此功能进行了很好的解释。下图显示了传递函数、交流仿真和瞬态仿真的推导。

此致、艺术

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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感谢您的澄清

0 admin 3 个月前

TI__Guru**** 1800230 points

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Hsine-Che、

供参考。此器件有许多很好的应用手册、可能对您也有帮助。

https://www.ti.com/product/LM331#tech-docs

一个示例显示如何将其用作 V/F、另一个示例显示如何用作 F/V–以及说明额外的运算放大器部分(AN-240)。

此致、艺术

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