Точный детектор абсолютной величины входного сигнала

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2017

Marco Pisani

EDN

Схема на Рисунке 1 формирует абсолютную величину входного сигнала с точностью, превышающей 10 ppm в пределах всей шкалы. Схема имеет очень незначительную ошибку в области пересечения нуля. Эту схему можно использовать в качестве демодулятора, источника сигнала для логарифмических усилителей, или же просто для демонстрации удивительных возможностей обратной связи. В схеме используются два операционных усилителя (ОУ), пять одинаковых резисторов с сопротивлением R, один резистор с удвоенным сопротивлением 2R и четыре термически согласованных диода.

Рисунок 1.	Эта схема двухполупериодного выпрямителя дает точное значение абсолютной величины входного сигнала.

Когда входной сигнал V_IN положительный, напряжение на выходе микросхемы IC₁ равно 2V_IN + V_D3 (напряжение на диоде D₃). Диод D₂ закрыт, поэтому IC₂ ведет себя как повторитель напряжения, и

Поскольку токи, идущие через диоды D₃ и D₄, одинаковы и равны V_IN/R (в предположении, что их характеристики идентичны), V_D3 = V_D4 и V_OUT = V_IN. Когда входной сигнал V_IN отрицательный, напряжение на выходе микросхемы IC₁ равно 2V_IN - V_D1. Смещенный в обратном направлении диод D₄ закрыт, и каскад на микросхеме IC₂ становится инвертирующим усилителем, выходное напряжение которого равно

И точно также, токи диодов D₁ и D₂ равны V_IN/R, а V_OUT = -V_IN. Характеристики схемы будут наилучшими при выполнении следующих требований:

• Для гарантии симметричности усиления характеристики шести резисторов должны быть максимально близкими.
• Для минимизации ошибок при низких входных напряжениях диоды D₁-D₂ и D₃-D₄ должны иметь хорошую тепловую связь. (Лучше всего, если каждая пара будет находиться на одном кристалле).
• Операционный усилитель должен иметь низкое напряжение смещения.

Рисунок 2.	Схема на Рисунке 1 обеспечивает высокую точность абсолютного значения даже при размахе входного сигнала всего 40 мкВ пик-пик.

В практической схеме в качестве диодов D₁ … D₄ можно использовать переходы база-коллектор монолитной транзисторной сборки, такой, например, как MPQ6700. Резисторы должны быть металлопленочными с сопротивлениями 10 кОм и 20 кОм и допустимыми отклонениями не хуже 1%. Для оптимизации параметров последовательно с резисторами можно включить подстроечные резисторы с сопротивлениями 100 Ом. Напряжения смещения операционных усилителей, в качестве которых в этой схеме используются микросхемы OP27, минимизированы внешними резисторами подстройки (на схеме не показаны). После подстройки смещения ОУ и подбора резисторов остаточная погрешность находится в пределах 100 мкВ пик-пик во всем диапазоне рабочих напряжений 13 В пик-пик. Рисунок 2 иллюстрирует поведение схемы при размахе входного сигнала 40 мкВ пик-пик (нижняя осциллограмма).

Материалы по теме