Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

26-12-2017

Недорогой малопотребляющий преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2017

Chau Tran и Jordyn Rombola, Analog Devices

Analog Dialogue

Недорогой малопотребляющий преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный

Вопрос:

Как с небольшими затратами денег и потребляемой мощности реализовать на усилителе переход от дифференциального входа к несимметричному выходу?

Ответ:

Во многих приложениях требуются высококачественные дифференциальные усилители для преобразования слабых дифференциальных сигналов в несимметричный сигнал с опорным уровнем земли. Как правило, напряжения на двух входах имеют большую общую синфазную составляющую. Дифференциальный усилитель удаляет синфазное напряжение, а оставшееся напряжение усиливается и выводится на выход усилителя как несимметричный сигнал. Удаленное напряжение может быть как переменным, так и постоянным, и, как правило, это синфазное напряжение больше, чем дифференциальный входной сигнал. Эффективность подавления снижается по мере увеличения частоты синфазного напряжения. Усилители внутри одного корпуса лучше согласованы, имеют одинаковые паразитные емкости и не требуют внешних соединений. Поэтому частотные характеристики сдвоенного высококачественного широкополосного усилителя лучше, чем характеристики отдельных усилителей.

Недорогой малопотребляющий преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный
Рисунок 1. Усилитель с дифференциальным входом и
несимметричным выходом.

Простое решение, основанное на использовании сдвоенных прецизионных усилителей с резистивной обратной связью, показано на Рисунке 1. Схема демонстрирует несложный способ преобразования дифференциального входа в несимметричный выход с возможностью регулировки усиления. Коэффициент усиления G этой системы находится из выражения (1):

  (1)

где

G = RF/1 кОм,
(VIN1 – VIN2) – дифференциальное входное напряжение.

Как правило, такой метод обеспечивает более стабильные результаты измерений в присутствии электромагнитных и радиочастотных помех. Это особенно актуально при измерении сигналов термопар, тензодатчиков и мостовых датчиков давления, поскольку они вырабатывают очень слабые сигналы в зашумленной среде.

По сравнению с несимметричными входами эта схема может улучшить характеристики системы, не только измеряя разность напряжений между положительным и отрицательным выводами датчика, но также обеспечивая подавление синфазного сигнала при некотором усилении полезного сигнала. Более того, датчик и аналоговая схема обработки его сигналов могут иметь разные земли. Во многих приложениях важно иметь выходное напряжение, привязанное к земле. Точность системы зависит от допусков используемых в схеме резисторов.

Схема может преобразовывать дифференциальный выход в несимметричный выход и позволяет регулировать усиление. Усиление схемы определяется соотношением сопротивлений резисторов RF и RG1, в предположении, что RG2 = RG1, и коэффициент усиления усилителя B равен –1.

Например, хорошо подойдет для этого приложения сдвоенный усилитель ADA4807-2 с полосой пропускания 180 МГц, на котором можно сделать схему инвертирующего усилителя с низким уровнем шумов. Благодаря низкому току потребления с типовым значением 1000 мкА, схема идеально подходит для преобразования данных в малопотребляющих системах высокого разрешения.

Входное синфазное напряжения может выходить за пределы напряжений шин питания. Rail-to-rail выход делает эту схему удобной для приложений обработки сигналов в присутствии больших синфазных составляющих или больших выходных напряжений. Примером может служить, например, плата сбора данных, в которой используется АЦП, рассчитанный на несимметричный входной сигнал от 0 В до 5 В. Однако источником сигнала оказывается дифференциальное напряжение, формируемое измерительным мостом, где сигнал в присутствии синфазных шумов изменяется на одном выводе в положительную сторону, а на другом – в отрицательную.

Осциллограммы на Рисунке 2 были получены для дифференциального входного сигнала и различных коэффициентов усиления схемы, которые задаются резистором RF. Как можно видеть, коэффициент усиления системы равен 1, 2 и 4 при дифференциальном входном напряжении частотой 1 кГц с размахом 1 В пик-пик.

Недорогой малопотребляющий преобразователь дифференциального сигнала в несимметричный
Рисунок 2. Характеристики простого преобразователя дифференциального
сигнала в несимметричный сигнал.

Схема полезна для измерения небольшой разности двух больших напряжений. Например, представим себе простое решение, предназначенное для того, чтобы с точностью 1% измерять выходное напряжения схемы с мостом Уитстона, возбуждаемым напряжением 3 В относительно земли, в системе, питающейся от батареи 3 В. Использование однопроцентных или более точных резисторов обеспечит требуемый уровень точности, а схема подавит любой синфазный сигнал и усилит ослабленный сигнал моста в соответствии с установленным коэффициентом усиления. При подключении к АЦП потребуется некоторая схема смещения уровня, чтобы получить выходной сигнал, изменяющийся в диапазоне от 0 В до 5 В.

Схема предоставляет отличную комбинацию малых искажений и низкого тока потребления. Решение на сдвоенном операционном усилителе получается недорогим, а использование дифференциального усилителя обеспечивает улучшенные характеристики.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: A Low Power, Low Cost, Differential Input to a Single-Ended Output Amplifier

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Чёта я не пойму... У этой схемы ведь входные сопротивления по обеим входам 1 кОм. И как её подключать к измерительному мосту? Своим входным сопротивлением эта схема произведёт шунтирование выходных напряжений моста. Что дальше? Программная компенсация результатов измерений? В принципе реально... Но нафик нужен такой преобразователь? Или я не прав? Тогда аргументируйте своё мнение. Конечно, для низкоомных источников, типа термопары, или для мостов с очень низким сопротивлением эта схема хороша своей бюджетностью, тут не поспоришь.
  • Видимо, для примера взяты резисторы в 1 кОм. Их всегда можно пересчитать на устраивающее вас входное сопротивление.
  • Подобное приемлимо только на "безрыбье". Оторвали кусочек инструментального усилителя - и рады.... Выбор инструментальных усилителей достаточно широк
  • А причем здесь инструментальный усилитель? Поставленная автором цель при помощи одного инструментального усилителя не добиться.
Рекомендуемые публикации по теме:
Форум  »
Обсуждение: Преобразователь несимметричного сигнала в дифференциальный с программируемым усилением
Схемы  »
Преобразователь несимметричного сигнала в дифференциальный с программируемым усилением
Статьи  »
Использование усилителя с дифференциальными входами/выходами в приложениях с несимметричными сигналами
Статьи  »
Универсальный регулируемый прецизионный преобразователь несимметричного сигнала в дифференциальный
Схемы  »
Преобразование несимметричного сигнала с помощью дифференциального АЦП семейства PulSAR

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Датчики влажности и температуры ДВТ-03
Цена: от 3 168 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
DIY настольный 3D принтер
Цена: 163 $ (9500 руб.)
Промо-акция, последняя скидка
Очки с подсветкой и сменными окулярами
Цена: от 8 $ (477 руб.)
Бесплатная доставка: Весь мир
радиолоцман вконтакте радиолоцман одноклассники радиолоцман facebook радиолоцман twitter радиолоцман google плюс
Рейтинг@Mail.ru