Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: jak podpiąć sygnał różnicowy do wzmacniacza

ghost666 08 Paź 2017 21:15 2247 0
  • Rzadko zadawane pytania: jak podpiąć sygnał różnicowy do wzmacniacza
    Pytanie: Jak zbudować prosty, niedrogi i pobierający niewiele energii elektrycznej wzmacniacz różnicowy z asymetrycznym wyjściem.

    Odpowiedź: W wielu aplikacjach, istnieje konieczność realizacji prostych układów wzmacniaczy różnicowych, które mają pobierać niewielką moc, charakteryzować się wysoką precyzją i być proste do implementacji w urządzeniu. Układy tego rodzaju wykorzystywane są do konwersji napięcia różnicowego, na asymetryczne, to znaczy takie, jakie odnosi się do poziomu masy.

    Zazwyczaj w układach stosuje się sygnały asymetryczne, jednakże niektóre z nich wyrażane są jako sygnały symetryczne, różnicowe. Wzmacniacze różnicowe są w stanie skonwertować taki sygnał do klasycznego, asymetrycznego sygnału napięciowego 'obliczając' różnicę pomiędzy napięciami i odrzucając napięcie współbieżne (np. zakłócenia, indukujące się w sygnale symetrycznym).

    Eliminowane z sygnału napięcie współbieżne może być stałe, jak i zmienne. Typowo też, napięcie współbieżne jest większe niż różnica napięć w sygnale wejściowym. Wydajność odrzucania napięcia współbieżnego typowo zmniejsza się, wraz z wzrostem jego częstotliwości.

    Najlepiej jest zastosować podwójny wzmacniacz operacyjny do takiego układu - dwa op-ampy w jednej obudowie - jako że są one lepiej do siebie dopasowane, w czasie pracy mają tą samą temperaturę i minimalizują problematyczność dołączania elementów pasywnych.

    Na rysunku 1 zaprezentowano typowy układ z wejściem różnicowym skonstruowany w oparciu o dwa wzmacniacze operacyjne. Ten układ jest najprostszą metodą na stworzenie tego rodzaju konwertera. Dodatkowo ma on zmienne wzmocnienie, które opisane jest równaniem 1:

    $$V_{OUT} = G \times (V_{IN1} V_{IN2})$$ (1)


    gdzie wzmocnienie G równe jest RF /1 k?. [tex]V_{IN}[/b] to napięcia wejściowe.

    Rzadko zadawane pytania: jak podpiąć sygnał różnicowy do wzmacniacza
    Rys.1. Układ z wejściem różnicowym i wyjściem asymetrycznym, oparty o dwa op-ampy.






    Zasadniczo przedstawiony powyżej układ zapewnia stabilniejsze wyjście napięciowe, gdy na wejściu obecne są zakłócenia radiowe bądź elektromagnetyczne. Tego typu układy doskonale sprawdzają się, gdy w systemie obecny jest wysoki poziom szumu lub sygnał pochodzi z szumiącego źródła, takiego jak czujnik ciśnienia, termopara czy mostek rezystancyjny. Wszystkie te elementy charakteryzują się niewielkim, różnicowym sygnałem, na tle wysokiej amplitudy szumu.

    Układy te są lepsze od asymetrycznych nie tylko dlatego, że umożliwiają pomiar różnicy napięć wejściowych, ale także dzięki temu, że zapewniają wzmocnienie sygnału różnicowego przy jednoczesnym odrzuceniu sygnału współbieżnego na wejściu. Dodatkowo - sygnał wejściowy może być odniesiony do innego potencjału masy, niż ten w naszym układzie - przedstawionemu wzmacniaczowi to nie przeszkadza. Dokładność układu zależy od tolerancji oporników w pętli sprzężenia zwrotnego, co sprawia, że bardzo niewielkim nakładem kosztów uzyskać można precyzyjny układ różnicowy.

    Układ konwertuje sygnał różnicowy do asymetrycznego z regulowanym wzmocnieniem, które wyraża się jako stosunek RF i RG1/RG2 (gdzie dwa ostatnie oporniki są równe, a wzmacniacz B ma wzmocnienie ustawione na -1).

    Doskonale w tego rodzaju aplikacji sprawdza się układ na przykład ADA4807-2. To podwójny wzmacniacz operacyjny o pasmie aż 180 MHz. Może on pracować także jako wzmacniacz odwracający. Charakteryzuje się niskim poziomem szumu. Dodatkowo - układ ten pobiera zaledwie 1 mA prądu z zasilania, co sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowania w energooszczędnych, precyzyjnych i szerokopasmowych systemach konwersji analogowego sygnału z różnicowego na asymetryczny.

    Wejściowe napięcie współbieżne może przekroczyć napięcie zasilające układu. Wyjście wzmacniaczy może pracować aż do napięć zasilania (rail-to-rail), dzięki czemu układ taki pracować może z dużym napięciem współbieżnym na wejściu.

    Konwerter taki doskonale sprawdza się w sytuacji, gdzie źródłem sygnału jest np. mostek rezystancyjny, gdzie jeden terminal ma potencjał powyżej, a drugi poniżej zera w czasie, gdy do mostka przykładany jest mierzony czynnik. Sygnał wyjściowy może być wtedy bez problemu podłączony do przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) z wejściami, pracującymi w zakresie od 0 V do 5 V. Dzięki temu z różnicowego wejścia robi nam się sygnał mieszczący się w zakresie wejściowym ADC, z którego odfiltrowano wszelkie offsety i szum.

    Rzadko zadawane pytania: jak podpiąć sygnał różnicowy do wzmacniacza
    Rys.2. Oscylogramy pokazujące pracę prostego układu z wejściem różnicowym i wyjściem asymetrycznym.


    Wykres zaprezentowany na rysunku 2 uzyskany został podając na wejścia różnicowe sygnały i zmienianie wzmocnienia w systemie. Była ona ustalana z pomocą opornika RF. Jak łatwo zauważyć, wzmocnienia w systemie wynoszą 1, 2 oraz 4 razy z napięciami na wejściach różnicowych o napięciu międzyszczytowym równym 1 V i częstotliwości 1 kHz.

    Układ taki jest bardzo użyteczny do pomiaru niewielkich różnic w napięciach na wspólnym, wysokim potencjale. Przykładem tutaj może być monitorowanie napięcia wyjściowego z mostka Wheatstona, który zasilany jest napięciem 3 V. Tym samym napięciem zasilany jest nasz układ analogowy. Niewielka różnica napięć w obu gałęziach mostka może być bez problemu skonwertowana do napięcia asymetrycznego i wzmocniona, aby podać na konwencjonalny ADC. Dodatkowo, dzięki wykorzystaniu precyzyjnych oporników 1% możliwe jest osiągnięcie wysokiej precyzyji wyjściowej z układu. Dodatkowo, takie rozwiązanie z pewnością jest tańsze, niż dedykowany wzmacniacz różnicowy.

    Źródło: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-145.html


    Fajne!