Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2016
Введение
Для точного измерения напряжений необходимо сводить к минимуму влияние щупов, которыми приборы подключаются к проверяемой схеме. Для минимизации нагрузки на измеряемые схемы во входных цепях типичных цифровых вольтметров используются резисторы порядка 10 МОм, но даже они могут стать источником значительной ошибки, особенно в более высоковольтных схемах с высокоомными резисторами.
Решением проблемы может быть использование высокоимпедансных усилителей в электрометрической конфигурации, забирающих из измеряемого узла самый ничтожный ток. Чтобы сделать значение входного тока низким, насколько это возможно, во входных цепях таких схем традиционно применяют полевые (МОП) транзисторы. Как правило, МОП-транзисторы – это низковольтные устройства, которые, кроме того, являются источниками неопределенного и трудноустранимого смещения. Существуют монолитные усилители с входами на МОП-транзисторах, но чаще всего это очень низковольтные устройства, особенно те, которые изготавливаются по стандартной КМОП технологии, поэтому возможности их использования в высоковольтных приложениях ограниченны. Для решения этой проблемы идеально подходит КМОП усилитель LTCR6090, способный обрабатывать сигналы размахом более 140 В с точностью, выражаемой долями милливольта.
Простое решение проблем высоковольтных измерений с помощью LTC6090
В микросхеме LTC6090 сочетается уникальный набор характеристик. Ее КМОП структура обеспечивает максимально высокое входное сопротивление и «rail-to-rail» размах выходного напряжения, но в отличие от обычных КМОП схем, питающихся от напряжения 5 В, LTC6090 может работать при напряжении до ±70 В. Устройство прекрасно работает и в малосигнальном режиме, демонстрируя впечатляющий динамический диапазон при типовом напряжении смещения 500 мкВ и плотности напряжения шумов 11 нВ/√Гц. С учетом значительной мощности, которая может рассеиваться при высоких рабочих напряжениях, микросхемы выпускаются в корпусах SOIC или TSSOP со сниженным тепловым сопротивлением. LTC6090 имеет флаг перегрева и управляющий вывод запрета выхода, обеспечивающие микросхему гибкими средствами защиты без дополнительных внешних компонентов.
Точный источник опорного напряжения 50.00 В
При однополярном питании LTC6090 поддерживает выходные уровни до 140 В, и, имея точную резисторную сборку, усилить напряжение опорного источника 5 В не составит труда. Матрица прецизионных резисторов LT5400 рассчитана на рабочие напряжения до 80 В, поэтому использование ее варианта с соотношением сопротивлений 10:1 является простейшим способом создания эталонного источника, не требующего никаких дополнительных подстроек. На Рисунке 1 приведена схема, усиливающая 5.000 В источника опорного напряжения LT6654A до значения 50.00 В с точностью лучше 0.1%. Схема может питаться напряжением от 55 В до 140 В, поэтому изображенный на Рисунке 2 источник 65 В подойдет для нее наилучшим образом.
 |
|
| Рисунок 1. | Прецизионный высоковольтный источник опорного напряжения. |
При выходной емкости 1 мкФ LTC6090 имеет отличную реакцию на скачок нагрузки. Конденсатор изолирован от выхода сопротивлением, с которым он образует шумоподавляющий фильтр для частот выше 700 Гц. Прецизионная матрица LT5400A-3 состоит из резисторов 10 кОм/100 кОм, согласованных с точностью 0.01% и позволяющих задать коэффициент усиления с исключительно высокой точностью благодаря отсутствию нагрузки со стороны высокоимпедансных входов КМОП операционного усилителя. Вклад входного напряжения смещения в общую ошибку составляет менее 0.03%, а источник опорного напряжения LT6654A добавляет менее 0.05%. Изображенная на Рисунке 1 схема при собственном токе потребления около 4 мА может отдавать в нагрузку 10 мА.
Простой буфер для больших сигналов
LTC6090 ведет себя как обычный операционный усилитель, скорректированный до коэффициента усиления, равного единице, так что создание буферного каскада электрометрического класса сводится просто к тому, чтобы обеспечить стопроцентную обратную связь в классической схеме с единичным усилением. Для этого не требуются ни дискретные МОП транзисторы, ни плавающие источники питания.
 |
|
| Рисунок 2. | Активный щуп для цифрового вольтметра. |
Как показано на Рисунке 2, микросхему LTC6090 можно легко подключить к расщепленному источнику питания, такому, например, как обратноходовой преобразователь напряжения батареи. Это простая схема может обеспечить прецизионное измерение напряжений в высокоомных схемах и с высокой точностью пропускать сигналы, пиковые уровни которых лишь на 3 В не доходят до обеих шин питания (в нашем случае это ±62 В). При типовом входном токе утечки менее 5 пА нагрузка на схему совершенно несущественна даже для импедансов источника, приближающихся к гигаому. Полезная полоса частот, в которой не происходит спада амплитуды большого сигнала, превышает 20 кГц.
Заключение
LTC6090 – уникальный и универсальный высоковольтный КМОП усилитель, упрощающий создание решений с высоким входным импедансом, большим размахом сигнала и очень широким динамическим диапазоном усиления.
Купить LTC6090 на РадиоЛоцман.Цены
