W wielu aplikacjach projektanci spotykać się mogą z sygnałami wejściowymi o amplitudzie zmieniającej się o kilka rzędów wielkości. Niektóre z tych pól to akwizycja danych, kondycjonowanie sygnałów pochodzących z sensorów itp. Inżynierowie firmy Analog Devices - Nathan Carter i Chilann Chan - proponują układ rozwiązujący ten problem, bez powodowania kolejnych.
Tradycyjne rozwiązanie tego problemu wymaga stosowania układów z opornikiem w sprzężeniu zwrotnym przełączanym mechanicznie. Takie rozwiązania znacznie pogarszają pracę układu, gdyż opór styków zwiększa szum w układzie, a ich czasami znaczna pojemność zwiększa nieliniową odchyłkę wzmocnienia. Jest to znaczny problem gdy pracuje się w aplikacjach z niskoszumnymi lub precyzyjnymi wzmacniaczami i wymaga się wysokich parametrów urządzenia.
Zaproponowane urządzenie wykorzystuje potrójny przełącznik wykonany w technice CMOS - ADG633. Schemat pokazany jest na powyższym obrazku. Taki układ pozwala na zachowanie niskiej gęstości szumów, oferowanej przez wzmacniacze ADA4896-2, na poziomie 10nV/√Hz, przy czym znacznie redukuje nieliniowy błąd wzmocnienia. Niska pojemność przełącznika CMOS pozwala na zachowanie szerokiego pasma pracy układu.
ADG633 wykorzystany jest do przełączania oporności w pętli sprzężenia zwrotnego w taki sposób że nieliniowość oporu przełącznika nie zmienia efektywnego wzmocnienia. Wydatnie zmniejsza to błąd wzmocnienia i zachowuje niskoszumny charakter układu. Z pokazanymi na schemacie wartościami pierwsza część układu działać będzie z wzmocnieniem 4 V/V gdy 'styki' ADG633 będą w stanie A lub 2 V/V gdy są w stanie B. Ilość opcji wzmocnienia może być zwiększona z wykorzystaniem przełączników o większej ilości wejść, np. ADG659 z przełącznikiem 4:1 lub ADG658 8:1.
Warto zwrócić uwagę iż nieliniowa oporność przełącznika powoduje powstanie pewnego offsetu, zależnego od prądu polaryzacji wejścia bufora wyjściowego. Aby skompensować ten nieliniowy offset jeden z nieużywanych przełączników z układu - S3 - wpięty został w pętlę sprzężenia bufora wyjściowego. Dodatkowo aby zredukować offset zależny od wzmocnienia, wynikający z prądu polaryzacji wejścia bufora należy dołączyć dodatkowy szeregowy opornik do przełącznika S2A. Jego opór powinien być różnicą pomiędzy oporami rezystorów w pętli sprzężenia zwrotnego. Takie proste rozwiązanie możliwe jest gdy wzmacniacz wejściowy i bufor są tego samego typu, gdyż ich prąd polaryzacji wejścia jest taki sam.
Układ w takiej aplikacji ma doskonałą charakterystykę częstotliwościową. Wykres znormalizowanego wzmocnienia pokazany jest poniżej i pokazuje liniowy charakter wzmocnienia przez 3 rzędy wielkości.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/46-03/gain_selectable_amp.html
Fajne? Ranking DIY