Точно подобранные резисторы, диодные пары и мосты являются стандартными элементами. Но иногда для особо ответственных приложений с очень жесткими допусками (или очень ограниченным бюджетом) может потребоваться небольшая (или большая) самостоятельная подборка.
Схема подбора на Рисунке 1 может помочь сделать утомительную работу по поиску в партии резисторов (или диодов) пар компонентов, точно совпадающих по параметрам, более быстрой и немного менее утомительной. Лучше всего то, что она обеспечивает точное (потенциально до уровня ppm) согласование без необходимости использования дорогостоящих прецизионных эталонных компонентов.
 |
|
| Рисунок 1. | Элементы A1a, U1b и U1c формируют точные симметричные импульсы возбуждения согласуемых компонентов A и B. Резисторы, отмеченные звездочкой, – это обычные 1%-ные компоненты; их точность не критична. Напряжение на выходе A > B положительно относительно B > A, если проверяемый параметр резистора/диода A больше, чем B, и наоборот. |
Элементы схемы A1a и U1bc формируют точные симметричные прямоугольные импульсы возбуждения (синхронизированные 100-герцовым мультивибратором A1b) для измерения рассогласования между тестируемыми компонентами A и B. Полученный разностный сигнал усиливается предварительным усилителем A1d с переключаемым коэффициентом усиления 1, 10 или 100, синхронно демодулируется усилителем U1a, а затем фильтруется до постоянного напряжения с конечным калибровочным коэффициентом усиления 16 с помощью усилителя A1c.
Ключом к точности устройства являются подключенные по схеме Кельвина КМОП-коммутаторы U1b и U1c. Коммутатор U1b, поскольку через него не проходит значительного тока нагрузки (только входной ток смещения усилителя A1a пикоамперного уровня), вносит погрешность, измеряемую лишь нановольтами. В то же время измеряемый результирующий уровень напряжения возбуждения на согласуемых компонентах и компенсация максимального сопротивления 200 Ом коммутатора U1c являются точными и ограничиваются только произведением усиления на полосу пропускания (GBW) усилителя A1a на частоте 100 Гц.
Поскольку GBW операционного усилителя равно примерно 10 МГц, эффективное остаточное сопротивление составляет всего 200/105 = 2 мОм. При этом максимальная разность сопротивлений ключей микросхемы MAX4053, первоначально равная 10 Ом (наиболее важный параметр для симметрии возбуждения), снижается до обычно незначительного значения 10/105 = 100 мкОм. (Гораздо) больший вклад будут вносить сопротивления выводов компонентов и дорожек печатной платы, если разводка не будет выполнена тщательно.
Таким образом, возможен подбор резисторов с точностью лучше ±1 ppm (0.0001%). При этом эталонные напряжения или сопротивления с точностью уровня ppm не требуются.
Функция зависимости выходного напряжения от процента рассогласования RA/RB максимальна, когда сопротивление нагрузки R1 (по крайней мере, приблизительно) равно номинальному сопротивлению согласуемых резисторов. Однако из-за того, что максимум функции находится в точке R1/RAB = 1, это равенство вовсе не является критическим, как показано на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Выходной уровень (мВ на 1% рассогласования при коэффициенте усиления, установленном равным 1) не чувствителен к точному значению соотношения R1/RAB. |
Это значит, что отношение R1/RAB может изменяться в пределах ±20% от 1.0 без ухудшения усиления рассогласования более чем на 1%. Однако сопротивление R1 не должно быть меньше примерно 50 Ом, чтобы токи элементов A1 и U1 оставались в пределах номинальных значений.
Схема также подходит для подбора пар диодов. В этом случае сопротивление резистора R1 следует выбирать так, чтобы оно отражало ожидаемый уровень тока IAPP в приложении: R1 = 2 В/IAPP.
Из-за того, что я приписываю абсолютной причуде природы (которую вовсе не ставлю себе в заслугу), выходное напряжение в мВ на 1% рассогласования прямых падений напряжения на диодах (почти) такое же, как у резисторов, по крайней мере, для кремниевых диодов с p-n переходом.
На самом деле, есть простое объяснение этой «причуде природы». Просто разница в 1% между напряжениями ветвей делителя напряжения 2:1 RA/RB/R1 ослабляется на 50%, становясь равной 1.25 В/100/2 = 6.25 мВ, а 6.25 мВ – это как раз очень близко к 1% прямого падения напряжения на кремниевом диоде, равного примерно 600 мВ.
Так что, на самом деле, эта причуда не такая уж и причудливая, но она приятная! Схема подбора также работает с диодами Шоттки, но из-за их меньшего прямого падения напряжения она занижает процент рассогласования примерно в три раза.
Из-за чувствительности диодов к температуре рекомендуется работать с ними в теплоизолирующих перчатках. Это сэкономит время и нервы, связанные с ожиданием их уравновешивания, не говоря уже о возможных, явно ошибочных, результатах. На самом деле, учитывая вероятность возникновения вводящих в заблуждение тепловых эффектов (случайные термопары, образованные разнородными металлами и т. д.), вероятно, неплохо было бы надевать перчатки и при работе с резисторами!
Удачного подбора ppm!
Купить MAX4053 на РадиоЛоцман.Цены
