输入过压引起程序控制器失效
发布时间：2010-9-19 15:56
发布者：techshare
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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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