Схема устраняет ошибку усилителя

Analog Devices OP97

Схема на Рисунке 1, основанная на усилителе с малым смещением, представляет собой распространенную в мультиметрах входную цепь омметра, к которой добавлены два транзистора в диодном включении. Источник тока, величина которого выбирается в диапазоне от 100 нА до 1 мА, подает ток IM в измеряемый резистор RX. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с опорным напряжением 400 мВ считывает падение напряжения на резисторе RX. Для экономии заряда батарей производители цифровых мультиметров ограничивают IM до 1 мА. Таким образом, чтобы измерить сопротивление ниже 40 Ом с разрешением 10 мОм, полностью используя динамический диапазон АЦП, необходимо усилить напряжение, падающее на RX, в 10 раз.

Вебинар «Новинки и решения Traco для промышленных и отраслевых приложений» (28.10.2021)

Добавление двух диодов в цепь обратной связи предотвращает прохождение чрезмерных входных токов в усилитель OP97.
Рисунок 1. Добавление двух диодов в цепь обратной связи предотвращает
прохождение чрезмерных входных токов в усилитель OP97.
   

Для высокоточных измерений понадобится усилитель с низким смещением и высоким входным сопротивлением. Хорошим выбором будет ОУ средней мощности OP97 компании Analog Devices. Поскольку входы OP97 защищены встречно-параллельными диодами, дифференциальные входные напряжения, превышающие 1 В, вызывают протекание тока через диоды, что приводит к ошибкам измерения. Ошибки могут возникать, например, при попытке измерить большое сопротивление RX, скажем, несколько мегом, при неправильно выбранном значении IM. Из-за того, что не весь измерительный ток идет в RX, преобразованное значение оказывается неточным.

Без диодов усилитель в схеме на Рисунке 1 насыщается, и ток течет в дифференциальные входы.
Рисунок 2. Без диодов усилитель в схеме на Рисунке 1 насыщается, и ток течет
в дифференциальные входы.
   

На Рисунке 2 показаны зависимости выходного напряжения VOUT и тока, идущего в неинвертирующий вход усилителя OP97 (без транзисторов в диодном включении), коэффициент усиления которого установлен равным 10, от входного напряжения, изменяющегося от 0 до 2 В. При входных напряжениях VIN, превышающих 1 В, величина тока утечки становится значительной по сравнению с наименьшими значениями IM. Простой способ ограничить ток утечки – ограничить коэффициент усиления усилителя для высоких входных напряжений.

Диоды в схеме на Рисунке 1 предотвращают насыщение усилителя, поэтому входной ток остается незначительным по сравнению с IM.
Рисунок 3. Диоды в схеме на Рисунке 1 предотвращают насыщение усилителя, поэтому
входной ток остается незначительным по сравнению с IM.
   

Чтобы дифференциальное входное напряжение не превышало 1 В, можно уменьшить коэффициент усиления, ограничив напряжение на резисторе обратной связи. Когда это напряжение достигает приблизительно 0.8 В, например, при IM·RX ≈ 10 мВ, два включенных диодами транзистора начинают проводить ток и ограничивают усиление. Транзисторы лучше малосигнальных диодов, поскольку при низких напряжениях они имеют меньший ток утечки. Низкий ток утечки имеет первостепенное значение для исключения дополнительных ошибок при считывании выходного напряжения OP97. На Рисунке 3 показаны зависимости напряжения VOUT и тока, идущего в неинвертирующий вход усилителя OP97 в схеме на Рисунке 1, от входного напряжения, изменяющегося от 0 до 2 В. Ток утечки остается низким по сравнению с IM.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices OP97

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Scheme cancels amplifier error

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя