Усилители формируют точные комплементарные напряжения

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2020

Marián Štofka

EDN

Напряжения, формируемые двумя усилителями, могут использоваться в различных приложениях

Схема на Рисунке 1 формирует два аналоговых напряжения, которые можно изменять комплементарно. Когда прямое выходное напряжение увеличивается, связанное с ним дополнительное выходное напряжение уменьшается, и наоборот. Сумма обоих напряжений постоянна:

где

V_OUT – прямое выходное напряжение;
V_OUTC – напряжение на комплементарном выходе;
V_REF – опорное напряжение, вырабатываемое внутри микросхемы IC₁.

Рисунок 1.	Схема формирует два аналоговых напряжения, сумма которых всегда равна опорному напряжению.

Соотношение сопротивлений резисторов делителя, подключенного к выходу IC₁, выбирается таким, чтобы опорное напряжения равнялось примерно 400 мВ. Потенциометр R_P устанавливает желаемое аналоговое напряжение, которое подается на неинвертирующий вход повторителя напряжения IC_2A. Выход IC_2A обеспечивает прямое выходное напряжение, которое подается на инвертирующий вход инвертора с единичным усилением IC_2B. Неинвертирующий вход IC_2B, для сигнала на котором коэффициент усиления равен двум, подключен к середине высокоточного резистивного делителя R₁ - R₂, делящего опорное напряжение пополам. Рассчитать уровень выходного напряжения IC_2B относительно земли можно с помощью следующей формулы:

Таким образом, сумма напряжений прямого и комплементарного выходов дает требуемое постоянное значение, равное опорному напряжению.

В качестве точных резисторов R₁ - R₄ следует использовать либо матрицу из четырех согласованных резисторов, либо две матрицы из двух резисторов. Резисторы R₃ и R₄ образуют цепь обратной связи усилителя IC_2B, а другая пара резисторов делит опорное напряжение пополам. Если вместо IC_2B воспользоваться инструментальным усилителем, эти четыре резистора можно будет исключить. В этом случае нужно будет выбрать инструментальный усилитель с rail-to-rail входами и выходами (RRIO). Разность между выходным напряжением многих типичных инструментальных усилителей RRIO и напряжением нижней шины питания не может быть меньше величины порядка 60 мВ, что серьезно ухудшило бы точность схемы. Однако для выпускаемого Analog Devices операционного усилителя AD8692 типовое значение этого напряжения равно 0.75 мВ при токе нагрузки 10 мкА. Гарантированное значение при этом токе составляет 1 мВ.

Таблица 1.	Результаты измерения напряжений на обоих выходах
VSET VOUT (мВ) VOUTC (мВ) VREF 411.45 0.15 0 0.45 410.45 VREF/2 205.8 205.1

Схема прошла тестирование при значениях испытательного напряжения, равных опорному напряжению, что соответствует полной шкале, половине опорного напряжения и 0 В. В Таблице 1 представлены напряжения, измеренные на обоих выходах. Любое из выходных напряжений может приближаться к нижней шине питания с ошибкой менее 0.25% при полной шкале 400 мВ.