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实现精密二分压电路功能的放大器模拟电子技

发布时间:2019-11-24 00:24:13

实现精密二分压电路功能的放大器 - 模拟电子技术 - 电子工程

实现二分压电路的经典方法是使用两只阻值相等的电阻器。如果使用精度为1%的电阻器,则二分压器的输出电压精度为2%。对于大多数应用来说,这一精度经济实惠,足以满足所需。但是,当你需要极高的精度时,这种方法就需要相应精密的电阻器,因而可能需要增加成本。给仪表放大器加上反馈回路,便可获得一个二分压电路,而且具有缓冲输出的好处(图1)。这一电路的工作原理很简单。该仪表放大器具有单位增益的特点,所以其输入端上的电压出现在VREF和VOUT之间;VOUT-VREF=VIN(+)-VIN(-)。但是,考虑到图1所示电路,请注意VOUT=VIN(-),VREF=0。代入第一公式,你就可以得到VOUT=VIN(+)-VOUT,2VOUT=VIN(+), 即VOUT=1/2 VIN(+)。因此,你就获得了一个二分压电路。该电路的有趣特点之一是,仪表放大器的输入失调电压和输出失调电压也是减半的。

图1仪表放大器可成为一种简单的二分压电路。

你可以在工作台上用LT1167型或LTC2053型仪表放大器来实现这种二分压电路(图2)。虽然工作台测试是不必要的,但你可在反馈通路中引入RC络,以对噪声整形并保证主极点性能。为了测试LT1167的失调电压,要将VIN(+)设置为0V,而让VIN(-)在0V和VOUT之间交替变化。这一测试证明,反馈使总失调电压减半。将10V分压为5V时,LT1167的输出误差为100μV。如用更精密的LTC2053将2.5V分压为1.25V,则其输出误差为2.5μV,几乎测量不出来。在使用冷喷枪和热喷枪时,这一误差可能会增大到15μV。不过,最坏情况计算结果也许是同样重要的。

图2利用LT1167(a)和LTC2053(b)集成电路就可方便地构成图1所示的电路。

LT1167的最坏情况计算表明,在输入为10V、输出为5V时,在0~70℃的温度范围内,最大误差为1.12mV。这一最大误差值构成的温度范围内的总误差为224×。确保这一精度的两只电阻器,其所需的最大公差在温度范围内各为112×。电阻分压器的误差预算要求最初的比例匹配约为50×,而要求温度系数匹配优于1×/℃。在输入为2.5V、输出为1.25V的情况下,LTC2053的最坏情况计算表明,在0~70℃温度范围内,最大误差为80μV。这一误差值构成的总误差在规定的温度范围内为64×。确保这一精度的两只电阻器,其所需的最大公差在规定的温度范围内各为32×。电阻分压器的误差预算要求最初的比例匹配约为15×(0.0015%),而要求温度系数匹配优于0.25×/℃。在这两种情况下,这样质量的电阻器即使能买到也是异常昂贵的。此外,仪表放大器还有一些优点,就是输入阻抗大和对输出进行缓冲。而且,误差计算已将输入失调电压、偏置电流、增益误差和共模抑制比等的影响包括在内,而电阻运放则还要把这些影响加进去。

作者:Glen Brisebois Jon Munson

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