В классической реализации схемы деления напряжения пополам используются два резистора с одинаковыми номиналами. Резисторы с допуском 1% обеспечивают точность выходного напряжения делителя 2%. Для большинства приложений такая точность является более чем достаточной, а цена решения низкой. Однако, когда необходима максимальная точность, этот подход требует соответствующих точных резисторов и может стать дорогостоящим. Добавление обратной связи вокруг инструментального усилителя с конечным коэффициентом усиления дает схему деления на 2 с дополнительным преимуществом буферизованного выхода (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Простая схема деления на 2 на основе инструментального усилителя. |
Работа схемы проста. Измерительный усилитель имеет единичное усиление, поэтому напряжение между его входами равно напряжению между VREF и VOUT:
VOUT – VREF = VIN(+) – VIN(–).
Но, рассматривая схему на Рисунке 1, можно увидеть, что VOUT = VIN(–) и VREF = 0. Подставляя это в предыдущую формулу, получаем
VOUT = VIN(+) – VOUT,
2VOUT = VIN(+),
или
VOUT =1/2 VIN(+).
Таким образом, мы имеем схему деления на 2. Одна из интересных особенностей этого решения состоит в том, что входное и выходное напряжения смещения инструментального усилителя также делятся на 2.
Можно собрать макет схемы, используя инструментальные усилители LT1167 или LTC2053 (Рисунок 2). Хотя в тестах нет необходимости, можно ввести RC-цепочку в петлю обратной связи, чтобы ограничить шум и гарантировать поведение доминирующего полюса. Для проверки смещения микросхемы LT1167 подайте 0 В на вход VIN(+), а напряжение на входе VIN(–) чередуйте между 0 В и VOUT. Этот тест подтверждает, что обратная связь уменьшает общее напряжение смещения вдвое. При делении 10 В до 5 В микросхема LT1167 дает ошибку 100 мкВ. При делении 2.5 В до 1.25 В с помощью более точной микросхемы LTC2053 ошибка уменьшается до почти неизмеряемого значения 2.5 мкВ. Используя охлаждающий спрей и фен, можно увеличить эту ошибку до 15 мкВ. Однако, возможно, не меньший интерес представляют результаты, рассчитанные для наихудшего случая.
 |
|
| Рисунок 2. | Практическая реализация схемы на Рисунке 1, использующая микросхемы LT1167 (а) и LTC2053 (б). |
Расчеты для наихудшего случая показывают, что в диапазоне температур от 0 до 70 °C при входном напряжении 10 В и выходном напряжении 5 В максимальная ошибка, вносимая микросхемой LT1167, составляет 1.22 мВ. Этому числу соответствует общая температурная ошибка 224 ppm. Чтобы гарантировать такую точность, уход номинала каждого резистора в диапазоне температур не должен превышать 112 ppm. В случае использовании резистивного делителя потребовалась бы точность начального согласования их сопротивлений порядка 50 ppm при температурных коэффициентах лучше 1 ppm/°C.
Расчеты для наихудших условий работы микросхемы LTC2053 при входном напряжении 2.5 В и выходном напряжении 1.25 В дают максимальную ошибку 80 мкВ в диапазоне температур от 0 до 70 °C. Этому числу соответствует общая температурная ошибка 64 ppm. Резисторы, которые гарантировали бы такую ошибку, должны в диапазоне температур иметь максимальное отклонение сопротивления 32 ppm. Потребовалось бы начальное согласование сопротивлений примерно 15 ppm (0.0015%) и согласование температурных коэффициентов лучше 0.25 ppm/°C. В любом случае резисторы такого класса были бы чрезвычайно дорогими, если бы вообще были доступны. Кроме того, усилители обеспечивают дополнительные преимущества в виде высокого входного сопротивления и буферизованного выходного напряжения. Более того, в расчетах ошибок учитывалось влияние входного напряжения смещения, тока смещения, ошибки усиления и коэффициента подавления синфазного сигнала, которые все равно добавил бы операционный усилитель в схеме с резистивным делителем.
Купить LT1167 на РадиоЛоцман.Цены
