在該電路中,由于兩只輸入電阻器之間的失配和(或)兩端輸入偏置電流的失配會產(chǎn)生一個小的失調(diào)電壓誤差 。為了使失調(diào)誤差最小,在儀表放大器的兩個輸入端之間可以再接一只電阻器(即橋接在兩只電阻器之間),其阻值大約為前兩只電阻器的1/10(但與差分源阻抗相比仍然很大)
圖6.正確的儀表放大器變壓器輸入耦合方法
為儀表放大器、運算放大器和ADC提供參考電壓
圖7示出一個儀表放大器驅(qū)動一個單端輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的單電源電路 。該放大器的參考電壓提供一個對應零差分輸入時的偏置電壓,而ADC的參考電壓則提供比例因子 。在儀表放大器的輸出端和ADC的輸入端之間通常接一個簡單的RC低通抗混疊濾波器以減少帶外噪聲 。設計工程師通常總想采用簡單的方法,例如電阻分壓器,為儀表放大器和ADC提供參考電壓 。因此在使用某些儀表放大器時,會產(chǎn)生誤差 。
圖7.儀表放大器驅(qū)動ADC的典型單電源電路
正確地提供儀表放大器的參考電壓
一般假設儀表放大器的參考輸入端為高阻抗,因為它是一個輸入端 。所以使設計工程師一般總想在儀表放大器的參考端引腳接入一個高阻抗源,例如一只電阻分壓器 。這在某些類型儀表放大器的使用中會產(chǎn)生嚴重誤差(見圖8) 。
圖8.錯誤地使用一個簡單的電阻分壓器直接驅(qū)動3運放儀表放大器的參考電壓引腳
例如,流行的儀表放大器
設計配置使用上圖所示的三運放結(jié)構(gòu) 。其信號總增益為
參考電壓輸入端的增益為1(如果從低阻抗電壓源輸入) 。但是,在上圖所示的電路中,儀表放大器的參考輸入端引腳直接與一個簡單的分壓器相連 。這會改變減法器電路的對稱性和分壓器的分壓比 。這還會降低儀表放大器的共模抑制比及其增益精度 。然而,如果接入R4,那么該電阻的等效電阻會變小,減小的電阻值等于從分壓器的兩個并聯(lián)支路看過去的阻值(50 kΩ),該電路表現(xiàn)為一個大小為電源電壓一半的低阻抗電壓源被加在原值R4上,減法器電路的精度保持不變 。
如果儀表放大器采用封閉的單封裝形式(一個IC),則不能使用這種方法 。此外,還要考慮分壓電阻器的溫度系數(shù)應該與R4和減法器中的電阻器保持一致 。最終,參考電壓將不可調(diào) 。另一方面,如果嘗試減小分壓電阻器的阻值使增加的電阻大小可忽略,這樣會增大電源電流的消耗和電路的功耗 。在任何情況下,這種笨拙的方法都不是好的設計方案 。
圖9示出了一個更好的解決方案,在分壓器和儀表放大器參考電壓輸入端之間加一個低功耗運算放大器緩沖器 。這會消除阻抗匹配和溫度系數(shù)匹配的問題,而且很容易對參考電壓進行調(diào)節(jié) 。
圖9.利用低輸出阻抗運算放大器驅(qū)動儀表放大器的參考電壓輸入端
當從電源電壓利用分壓器為放大器提供參考電壓時應保證PSR性能
一個經(jīng)常忽視的問題是電源電壓VS的任何噪聲、瞬變或漂移都會通過參考輸入按照分壓比經(jīng)過衰減后直接加在輸出端 。實際的解決方案包括旁路濾波以及甚至使用精密參考電壓IC產(chǎn)生的參考電壓,例如ADR121,代替VS分壓 。
當設計帶有儀表放大器和運算放大器的電路時,這方面的考慮很重要 。電源電壓抑制技術用來隔離放大器免受其電源電壓中的交流聲、噪聲和任何瞬態(tài)電壓變化的影響 。這是非常重要的,因為許多實際電路都包含、連接著或存在于只能提供非理想的電源電壓的環(huán)境之中 。另外電力線中的交流信號會反饋到電路中被放大,而且在適當?shù)臈l件下會引起寄生振蕩 。
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