Во многих приложениях требуются малопотребляющие дифференциальные усилители с высокими характеристиками для преобразования слабых дифференциальных сигналов в пригодный для дальнейшего использования выходной сигнал, привязанный к земле. Входные напряжения на двух входах обычно имеют большую синфазную составляющую. Дифференциальный усилитель подавляет синфазное напряжение, а оставшееся напряжение усиливается и представляется на выходе усилителя в виде несимметричного сигнала. Подавляемое напряжение может быть как переменным, так и постоянным, и это синфазное напряжение обычно больше, чем дифференциальное входное напряжение. Эффективность подавления снижается по мере увеличения частоты синфазного напряжения. Усилители внутри общего корпуса имеют лучшее согласование, одинаковую паразитную емкость и не требуют внешних соединений. Поэтому высококачественный сдвоенный усилитель с широкой полосой пропускания работает на повышенных частотах лучше, чем дискретные усилители.
 |
|
| Рисунок 1. | Усилитель с дифференциальным входом и несимметричным выходом. |
Простым решением является использование сдвоенных прецизионных усилителей с резистивной цепочкой установки усиления, как показано на Рисунке 1. Эта схема демонстрирует простой способ преобразования дифференциального входного сигнала в несимметричный выходной сигнал с регулируемым усилением. Усиление G системы определяется формулой (1):
 |
(1) |
где
G = RF/1 кОм,
(VIN1 – VIN2) – дифференциальное входное напряжение.
Как правило, этот метод обеспечивает более стабильные результаты при наличии электромагнитных и радиочастотных помех, поэтому его рекомендуется использовать в тех случаях, когда шум является проблемой. Это особенно актуально при измерении входных сигналов термопар, тензодатчиков и мостовых датчиков давления, поскольку они выдают очень слабые сигналы в зашумленной среде.
Эта схема может обеспечить улучшение характеристик по сравнению с несимметричными входами, не только измеряя разность напряжений между положительным и отрицательным выводами датчика, но также подавляя синфазный сигнал с некоторым системным коэффициентом усиления. Кроме того, земля датчика и аналоговая земля схемы могут быть разными. Выходное напряжение, привязанное к земле, важно во многих приложениях. Точность системы зависит от допуска номиналов резисторов установки усиления.
Схема может преобразовывать дифференциальный входной сигнал в несимметричный выходной сигнал с регулируемым усилением. Коэффициент усиления системы может задаваться соотношением сопротивлений резисторов RF и RG1, в предположении, что RG2 = RG1 и коэффициент усиления усилителя B равен –1.
Например, ADA4807-2 – сдвоенный 180-мегагерцовый усилитель, – в этом приложении может быть включен как инвертирующий усилитель, и эта схема обеспечивает более низкий уровень шумов. Благодаря низкому собственному току потребления (1000 мкА на усилитель) схема идеально подходит для систем преобразования данных с низким потреблением и высоким разрешением.
Входное синфазное напряжение может выходить за пределы питающих напряжений. Микросхема имеет rail-to-rail выход, что делает ее полезной при наличии большого синфазного сигнала или в приложениях с большим выходным напряжением. Например, плата сбора данных имеет АЦП, который принимает несимметричный входной сигнал от 0 до 5 В. Однако источником сигнала является дифференциальное напряжение, вырабатываемое мостовым датчиком, где в ответ на давление в присутствии синфазной помехи напряжение на одном выводе изменяется в положительную сторону, а на другом – в отрицательную.
Осциллограммы на Рисунке 2 были получены путем подачи на вход дифференциального напряжения и изменения усиления схемы. Коэффициент усиления системы задается резистором RF. Как можно видеть, на рисунке показаны осциллограммы для коэффициентов усиления системы 1, 2 и 4 при дифференциальном входном напряжении 1 В пик-пик и частоте 1 кГц.
 |
|
| Рисунок 2. | Характеристики простого усилителя-преобразователя дифференциального сигнала в несимметричный. |
Схема полезна для измерения небольшой разности двух больших напряжений. Например, рассмотрим решение с умеренной точностью 1% для работы с типичной мостовой схемой Уитстона, возбуждаемой напряжением 3 В относительно земли в системе с питанием от 3-вольтовой батареи. Использование резисторов с допуском 1% или лучше позволит обеспечить необходимый уровень точности, и схема будет подавлять любой синфазный сигнал и усиливать ослабленный сигнал моста в соответствии с установленным коэффициентом усиления. При работе на АЦП потребуется какая-то схема сдвига уровня, чтобы получить выходной сигнал в диапазоне от 0 В до 5 В.
Эта схема обеспечивает сочетание превосходных искажений с низким током потребления. Решение со сдвоенным операционным усилителем снижает стоимость системы, а использование дифференциального усилителя улучшает характеристики системы.
Купить ADA4807-2 на РадиоЛоцман.Цены
