Усилитель точно делит напряжение на два

Analog Devices LT1167 LTC2053

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).

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

Простая схема деления на 2 на основе инструментального усилителя.
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.

Простая схема деления наПрактическая реализация схемы на Рисунке 1, использующая микросхемы LT1167 (а) и LTC2053 (б). 2 на основе инструментального усилителя.
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.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices LT1167
  2. Datasheet Analog Devices LTC2053

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Amplifiers perform precision divide-by-2 circuit

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

21 предложений от 18 поставщиков
Instrumentation Amplifiers LT1167 - Single Resistor Gain Programmable, Precision Instrumentation AmplifierСрок поставки 5-10 дней
AliExpress
Весь мир
1 шт./лот LT1167ACN8 LT1167CN8 LT1167 DIP-8 в наличии
187 ₽
ЭИК
Россия
LT1167CS8
Linear Technology
от 438 ₽
LT1167CS8-1#TRPBF
Analog Devices
от 744 ₽
TradeElectronics
Россия
LT1167CS8
Linear Technology
по запросу
Как быстро и эффективно спроектировать источник питания
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя