Прецизионному аналоговому аттенюатору не нужны внешние компоненты

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2015

Многие современные аналого-цифровые преобразователи имеют диапазон входных напряжений всего от 0 до 5 В, и использование их для измерения входных сигналов с размахом ±5 В или больше становится проблемой для разработчиков, которые вынуждены задавать вопрос: как отсечь половину полезного аналогового сигнала, не внеся ошибок и искажений. Для решения проблемы вы можете использовать аттенюатор, состоящий из двух операционных усилителей и двух резисторов (Рисунок 1). Однако такой подход может привести к появлению дополнительных ошибок, обусловленных напряжением смещения усилителя и несогласованностью сопротивлений резисторов.

Рисунок 1.	Для обычного активного делителя напряжения потребуются два операционных усилителя (IC1, IC2) и два резистора (R1, R2).

На Рисунке 2 изображен альтернативный вариант схемы с коэффициентом передачи равным ровно одной второй, низким смещением, низким дрейфом и малыми входными токами, в которой использован измерительный усилитель AD8221.

Рисунок 2.	Чтобы разделить аналоговый сигнал пополам, вы можете воспользоваться инструментальным усилителем. Все резисторы находятся внутри микросхемы.

Напряжение V_O на выходе усилителя равно разности напряжений на входах V_IN+ и V_IN–:

Соединив выход усилителя с его инвертирующим входом и подставив V_O в выражение для V_IN–, получим:

или

Таким образом, схема без единого внешнего компонента с высокой точностью ослабляет сигнал в два раза, и в данной конфигурации является безусловно устойчивой. Графики на Рисунках 3 и 4 показывают, что в диапазоне входных напряжений, равном 26 В, ошибка коэффициента усиления остается меньше 300 мкВ, а максимальная ошибка нелинейности лишь незначительно поднимается над уровнем 1 ppm.

Рисунок 3.	Максимальная ошибка полной шкалы схемы на Рисунке 2 остается меньше 300 мкВ в диапазоне входных напряжений 26 В.

AD8221 имеет специальный контакт REF (вывод 6), позволяющий сместить выходной сигнал на величину, равную половине напряжения на этом входе. Чтобы сдвинуть выходное напряжение на половину положительного или отрицательного напряжения питания, необходимо соединить вывод REF с соответствующей шиной питания.

Рисунок 4.	Максимальная ошибка нелинейности схемы на Рисунке 2 в диапазоне входных напряжений 26 В лишь незначительно превышает 1 ppm.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8221