logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Małe napięcia w systemach analogowych z pojedynczym napięciem zasilania

ghost666 28 Lip 2012 21:47 2499 0
REKLAMA
  • Bruce Trump, na swoim blogu w portalu E2E (Engineer to Engineer) opisuje problem dosyć często spotykany w systemach analogowych zasilanych niesymetrycznie - problem pracy z napięciami blisko napięcia masy (0V).

    Wzmacniacze operacyjne z wyjściem rail-to-rail są w stanie produkować napięcia bardzo niskie, bliskie zeru - jednakże jak bliskie? W przypadku układów CMOS, często stosowanych do takich zastosowań ze względu na swoje dobre parametry wygląda to następująco:

    Małe napięcia w systemach analogowych z pojedynczym napięciem zasilania

    Z powyższej tabelki wynika, iż wyjście wzmacniacza operacyjnego nigdy nie będzie posiadało napięcia niższego niż 15mV od masy. Taka wartość jest znaczna dla krytycznych i precyzyjnych pomiarów niewielkich napięć. W konsekwencji taki offset może mieć negatywny wpływ na pracę całego toru pomiarowego. Z drugiej strony - trzeba zwrócić uwagę na fakt, w jaki sposób mierzone są te napięcia. W ogólności przyjęło się podawać te wartości napięcia dla oporu obciążenia podłączonego pomiędzy terminale zasilania, często zapisane jest w kartach katalogowych układów w formie stwierdzenia "RL connected to VS/2". W taki sposób podczas pomiaru wzmacniacz musi przyjmować prąd, podczas gdy napięcie wyjściowe zbliża się do poziomu 0V. Odzwierciedla to procedurę testowania wzmacniaczy operacyjnych, która zapewnia że przez konkretny układ prąd może płynąć w obie strony. Taka procedura jest dosyć rozsądna i sensowna, ale wcale nie musi odzwierciedlać podłączenia obciążenia w konkretnej aplikacji. Przypuśćmy, że obciążenia podłączone jest do masy, tak jak na poniższym obrazku. W takiej sytuacji prąd płynie 'od' wzmacniacza do masy, a obciążenia pomaga ściągnąć napięcie bliżej potencjału masy.

    Małe napięcia w systemach analogowych z pojedynczym napięciem zasilania

    W takiej aplikacji większość układów CMOS będzie w stanie zejść z napięciem bliżej masy, do około 1..2mV. Nie jest to bezpośrednio opisane w kartach katalogowych układów, jednak można to wywnioskować z wykresu maksymalnej amplitudy napięcia wyjściowego mierzonej w funkcji prądu wyjściowego op-ampa. Charakterystyka taka widoczna jest poniżej:

    Małe napięcia w systemach analogowych z pojedynczym napięciem zasilania

    W naszym przypadku jedyna różnica względem tego wykresu będzie taka iż ujemne napięcie wynosi nie -2,75V a 0V. Z wykresu widać jak wraz z obciążeniem napięcie wyjściowe zbiega do jednego punktu. Aby jeszcze dokładniej uzmysłowić jak istotny jest projekt układu przeznaczonego do pracy z tak niskimi napięciami, warto rozważyć dodanie sprzężenia zwrotnego z dzielnikiem, tak jak pokazano to na poniższym schemacie.

    Małe napięcia w systemach analogowych z pojedynczym napięciem zasilania

    W takim układzie krytyczne jest pamiętanie iż nie tylko RL stanowi obciążenia dla wyjścia układu. Do obciążenia swój wkład będzie miała także sieć sprzężenia zwrotnego w postaci oporników R1 i R2. W tym przypadku wirtualny opornik o oporze R1+R2 jest równolegle umieszczony względem RL. Jeśli projekt zmienić tak aby R1 podpięte było do napięcia zasilania układ, dla małych napięć wyjściowych, musiałby przewodzić prąd w 'drugą' stronę, co wyraźnie zmniejsza zdolność generowania niskich napięć, jak opisano powyżej.

    Pamiętać także należy o innych kwestiach - na przykład o offsecie wejściowym przy wyższym wzmocnieniu. Offset 1mV na wejściu przy wzmocnieniu równym 20 daje już 20mV stałego napięcia na wyjściu, co wyraźnie zmniejsza możliwość zejścia do 0V - niezależnie od użytej topologii układu i wartości obciążenia. Drugą istotną kwestią jest praca z sygnałami przemiennymi i obciążeniem pojemnościowym. W takich układach napięcie i prąd są przesunięte w fazie, więc niezależnie od architektury wykorzystanego wzmacniacza op-amp będzie musiał przewodzić prąd wstecznie.

    W komentarzach do artykułu pojawiła się jeszcze jedna uwaga - możliwość zastosowania dedykowanych układów do generowania niewielkiego napięcia ujemnego służącego do polaryzacji wzmacniacza operacyjnego. Układem takim jest LM7705, który z dodatniego napięcia zasilania od 3V do 5,25V generuje niskoszumne napięcie -0.23V służące do polaryzacji wzmacniacza i w efekcie polepszenia jego charakterystyki w obrębie niskich napięć wyjściowych.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/...id_pod3=LTEwMTY5Nzg2MzgS1&sp_mid_pod3=4968551

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • REKLAMA
REKLAMA