Инструментальный усилитель с цифровым программированием и автоматической установкой нуля

Современные инструментальные усилители стремятся конструировать таким образом, чтобы для их использования не требовались внешние резисторы. Коэффициент передачи этих усилителей устанавливается двоично-кодированным управляющим словом. На рынке сейчас доступны приборы, позволяющие задать несколько целочисленных коэффициентов усиления в диапазоне от единицы до тысячи, но среди них вы не найдете, например, коэффициента усиления, равного трем. И хотя для некоторых микросхем, работающих без внешних резисторов, коэффициенты усиления, равные трем, все же доступны, они либо не являются инструментальными усилителями, либо не имеют автоматической коррекции нуля [1]. Между тем, в приложениях, требующих точной обработки низкоуровневых напряжений, такие функции бывают необходимы. Если для вашего устройства потребуются инструментальные усилители с коэффициентом передачи 3 или 10, способные работать с сигналами от 1 мВ, вы можете использовать схему, изображенную на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Инструментальный усилитель с автоматической установкой нуля и цифровым программированием коэффициента усиления, который можно сделать равным 3 или 10, возможно, поможет вам при отсутствии монолитной микросхемы, подходящей для решения такой задачи.

Получение коэффициента усиления, равного трем, опирается на следующий «алгоритм»: 3 = 2 + 1. Схема состоит из двух инструментальных усилителей AD8231 с программируемым усилением и автокоррекцией нуля, выпускаемых компанией Analog Devices. Эти микросхемы имеют программируемые коэффициенты усиления, которые могут принимать значения, равные степеням двух: 1, 2, 4, …, 128. Коэффициент усиления усилителя A₁ микросхемы IC₁ установлен равным двум, а вспомогательного усилителя A₂ микросхемы IC₂ – единице. Неинвертирующие и инвертирующие входы A₁ и A₂ соединены вместе. Выход усилителя A₂ соединен с опорным входом REF₁, а опорный вход REF₂ служит для произвольного смещения уровня выходного сигнала. Таким образом, выходное напряжение можно вычислить по формуле

V_OUT = V_OUT1 + V_REF1 = V_OUT1 + V_OUT2 = 2ΔV_IN + ΔV_IN = 3ΔV_IN,

где ΔV_IN – входное дифференциальное напряжение.

Аналогично, в соответствии с символической формулой 10 = 8 + 2, можно получить коэффициент усиления десять. В этом случае A₁ имеет усиление восемь, а A₂ – два. Обратившись к справочной информации на микросхему AD8231, вы увидите, что независимо от того, требуется ли вам коэффициент усиления три или 10, вывод A₁ управления усилением усилителя A₁ может быть соединен с выводом управления A₀ усилителя A₂, так как сигналы на них в обоих случаях будут одинаковыми. Для коэффициента три напряжение на этих входах должно оставаться низким, а для 10 – высоким. Заметим, что 3 достаточно близко к корню из 10, значение которого примерно равно 3.16. Поэтому в первом приближении вы можете считать это геометрическим центром декады.

Ссылки

1. Štofka, Márian, “Gain-of-three amplifier requires no external resistors”, EDN, Aug 16, 2006, pg 74.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8231