Увеличение выходного импеданса биполярного источника тока на высоких частотах

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2018

Alex Birkett

EDN

Традиционные источники тока и преобразователи напряжение-ток, основанные на инструментальных и операционных усилителях, на низких частотах имеют высокие выходные импедансы благодаря хорошим низкочастотным коэффициентам подавления синфазного сигнала (common-mode-rejection ratio – CMRR). Однако созданию высококачественных источников тока препятствует уменьшение CMRR на более высоких частотах, обусловленное выходными емкостями и ограниченными скоростями нарастания усилителей. Выпускаемые Analog Devices 200-мегагерцовые усилители-приемники AD8129 и AD8130 имеют дифференциальные входы и отличные значения CMRR. Хотя неплохой отправной точкой может служить схема на Рисунке 1, относительно высокие входные токи AD8130 способны повлиять на точность схемы при низких уровнях выходных токов I_O.

Рисунок 1.	200-мегагерцовый дифференциальный усилитель- приемник AD8130 может служить основой высокочастотного источника тока.

Для преодоления этого недостатка нужно изолировать токоизмерительный резистор R_SENSE, добавив буфер с единичным усилением (IC₂), показанный на Рисунке 2. Кроме того, для измерения напряжения нагрузки и компенсационного подавления емкости выходного кабеля можно использовать дополнительный буферный усилитель. Выходное сопротивление схемы равно примерно 500 кОм на частоте 1 МГц, а диапазон входных напряжений при напряжении источника питания ±5 В составляет ±3 В.

Рисунок 2.	Добавление буферного усилителя AD8065 изолирует токоизмерительный резистор RSENSE и уменьшает ошибки, обусловленные входными токами микросхемы IC1.

Рисунок 3.	В случае источника тока, имеющего выход со связью по переменному току, следует добавить контур стабилизации постоянного напряжения на микросхемах IC2A и IC2B.

Источники тока с емкостной развязкой нагрузки рекомендуется дополнять следящим контуром для стабилизации рабочей точки схемы (Рисунок 3). Величина емкости выходного разделительного конденсатора C_O зависит от требуемой частоты спада на низких частотах. Дальнейшие усовершенствования базовой схемы позволяют компенсировать выходную емкость и увеличить выходной импеданс схемы. Небольшой подстроечный конденсатор обратной связи C_COMP, емкость которого примерно вдвое меньше выходной паразитной емкости, обеспечивает упреждающую компенсацию и дальнейшее снижение влияния паразитных емкостей выхода (Рисунок 4). Для предотвращения самовозбуждения схемы усиление драйвера кабельного экрана должно быть чуть меньше единицы. Обратите внимание, что уменьшение сопротивления выходного токоизмерительного резистора R₉ до 100 Ом компенсируется входным аттенюатором, образованным резисторами R₁ и R₂ и поддерживающим крутизну преобразования, равной 1 мА/В. Диапазон рабочих частот преобразователя напряжение-ток составляет от 20 Гц до 10 МГц. Для получения наилучших характеристик схемы используйте методы разводки высокочастотных плат и соответствующие развязки по питанию.

Рисунок 4.	Полная схема содержит подстроечный конденсатор CCOMP, компенсирующий паразитные емкости схемы. Кроме того, не забывайте про конденсаторы развязки питания.

Материалы по теме