Точный биполярный источник опорного напряжения

В конструкциях генераторов часто используются компараторы напряжения с точными значениями порогов, а компараторам, в свою очередь, нужны биполярные источники опорного напряжения. У большинства микросхем опорных источников выходное напряжение привязано к их нижней шине питания. Если схеме нужны напряжения обеих полярностей, источник отрицательного опорного напряжения можно сделать, подключив к выходу микросхемы опорного источника инвертор с усилением –1. Однако если аналоговая схема питается от однополярного источника, синфазное напряжение необходимо сместить на определенный уровень. Для этой цели можно использовать схему, показанную на Рисунке 1.

Рисунок 1.	С помощью этой схемы можно получить точные опорные напряжения 1, –1, 1.25 и –1.25 В.

Выход источника IC₁ опорного напряжения V_REF подключен к неинвертирующем входу микросхемы IC₂ (AD8475). Эта микросхема представляет собой прецизионный усилитель-аттенюатор с дифференциальным выходом двумя выбираемыми коэффициентами усиления: 0.4 и 0.8. В данной схеме IC₂ включена как усилитель с коэффициентом усиления 0.8. Инвертирующий вход IC₂ (–IN) заземлен. Напряжения на его положительном и отрицательном выходах формируют опорные напряжения, привязанные к синфазному напряжению V_COM. Величины опорных напряжений равны

Коэффициенты усиления 0.4 и 0.8 микросхемы AD8475, благодаря лазерной подгонке внутренних резисторов обратной связи, имеют ошибку не более 0.05%. Именно по этой причине для источника опорного напряжения была выбрана эта микросхема. В типичной схеме включения устройства с коэффициентом усиления 0.8 выводы +V_IN0.4× и –V_IN0.4× оставляют неподключенными. Однако в схеме на Рисунке 1 эти входы соединены друг с другом, образуя прецизионный делитель 1:1 напряжения V_REF.

К этому узлу подключается вход V_COM микросхемы AD8475, и синфазная составляющая опорных напряжений становится равной V_REF/2. Случай A в Таблице 1 показывает, что измеренное синфазное напряжение приблизительно на 0.6% ниже, чем V_REF/2. Это отличие связано с тем, что внутри микросхемы AD8475 вход V_COM через один резистор 200 кОм соединен с выводом V_S, а через другой резистор 200 кОм – с землей. Поэтому вход V_COM можно представить как источник напряжения V_S/2 = 2.5 В с последовательным сопротивлением 100 кОм. Это последовательное сопротивление оказывается включенным параллельно резистору R+V_IN0.4×, что приводит к некоторому дисбалансу коэффициента деления 1:1. В случаях B и C вывод V_COM подключен к точке A. Компенсационный резистор R_COMP подключается только в случае C. В случаях B и C, глядя на значения V_GND, можно увидеть, что R_COMP уменьшает относительную ошибку напряжения на выходе COM с 0.632% до –0.032%.

Таблица 1.	Выходные напряжения и напряжение на выводе VCOM
Случай A Случай B Случай C Напряжение на положительном выходе (В) 2.2525 0.9981 0.9986 Напряжение на отрицательном выходе (В) 0.2525 –1.0019 –1.0011 Напряжение земли (В) –1.25 –1.2579 –1.2496 Синфазное напряжение на выводе VCOM (В) 1.239 0 0

Во многих приложениях важна только величина разности биполярных опорных напряжений, и этот дисбаланс на нее не влияет. Но если приложению требуется высокоточное синфазное напряжение, между выводом V_COM и землей можно включить компенсационный резистор 100 кОм, и тогда работа схемы будет соответствовать случаю C. Этот резистор почти полностью сохраняет точность коэффициента деления 1:1.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8475
2. Datasheet Analog Devices ADR431