Електронні компоненти і системи 
Диференціальні підсилювачі з однополярним живленням і двополярним вхідним сигналом
У статті розглянуті схеми побудови диференціальних підсилювачів з однополярним джерелом живлення і двополярним вхідним сигналом.
М. Герстенхабер, М. О’Салліван
Вимоги до узгодження з мініатюрними АЦП
У мініатюрних високоякісних АЦП, як правило, використовується однополярне джерело живлення з діапазоном напруг від 1.8 до 5 В. Якщо джерело вхідного сигналу має розмах напруг ±10 В, то між АЦП і цим джерелом необхідно включити узгоджуючий підсилювач. Використання як узгоджуючих каскадів диференціальних підсилювачів дозволяє суттєво ослабити синфазну заваду, причому, якщо для регулювання коефіцієнта підсилення застосовують зовнішні дискретні резистори з похибкою підгонки 0.1 %, то КОСС становить не більше 54 дБ, якщо ж підстроювальні резистори виконані в єдиному технологічному циклі разом з підсилювачем і їх підгонка виконана лазером, то КОСС такого підсилювача може становити 80 дБ і більше.
Диференціальні підсилювачі нового покоління
Диференціальні підсилювачі нового покоління, на відміну від тих, що випускалися кілька років тому, мають однополярну напругу живлення від 1.8 до 15 В. Якщо на вхід такого підсилювача подати сигнал від’ємної полярності, то вихідний сигнал необхідно змістити так, щоб виключити його обмеження. Наприклад, якщо напруга живлення диференціального підсилювача становить 5 В, то достатньо використати опорне джерело напругою 2.5 В, щоб змістити центральну точку шкали вихідного сигналу в область позитивних напруг. Джерело сигналу зміщення повинно мати малий вихідний імпеданс для забезпечення високого КОСС. Схема такого підсилювача з зовнішніми прецизійними резисторами наведена на рис. 1.
Альтернативне схемотехнічне рішення з використанням диференціального підсилювача AD8271, що включає підігнані лазером підстроювальні резистори, показано на рис. 2. Зазначимо, що тонкоплівкові резистори підсилювача AD8271 добре узгоджені між собою і відрізняються малим температурним дрейфом. Зупинимося більш детально на аналізі характеристик диференціального підсилювача AD8271. Він має програмований коефіцієнт підсилення в діапазоні від 0.5 до 2 (симетричне включення) і в діапазоні від –2 до 3 (несиметричне включення), містить сім внутрішніх резисторів з лазерною підгонкою їх параметрів у процесі виробництва.
Параметри AD8271
Підсилювач випускається у двох модифікаціях: В- і А-типів. Підсилювачі модифікації В-типу мають похибку Ку не більше 0.02 %, дрейф Ку — 2 ppm/°C, напругу зміщення нуля — 600 мкВ і мінімальний КОСС — 80 дБ. Підсилювачі модифікації А мають похибку Ку не більше 0.05 %, температурний дрейф Ку — 100 ppm/°C, напругу зміщення нуля — 1 мВ і мінімальний КОСС — 74 дБ. Коефіцієнт нелінійних спотворень обох типів AD8271 дорівнює –110 дБ у смузі частот 15 МГц, а швидкість наростання становить 30 В/мкс. Перелічені параметри говорять про те, що цей підсилювач є ідеальним пристроєм для застосування у вимірювальних приладах. Струм споживання AD8271 не перевищує 2.3 мА. Тип його корпусу — 10-MSOP. Він може працювати як з однополярним, так і двополярним напругою живлення в діапазоні 5…36 В або ±2.5…±18 В. Діапазон робочих температур від –40 до 85 °C, вартість $ 1.25 у партії 1000 шт.
Висновки
- При використанні сучасних мініатюрних АЦП з однополярним живленням для кодування двополярних сигналів необхідно застосовувати узгоджуючі підсилювачі зі зсувом вихідного сигналу в область позитивних напруг.
- Нові диференціальні підсилювачі типу AD8271 зі вбудованими прецизійними резисторами забезпечують узгодження вхідного діапазону АЦП з вихідним діапазоном джерела сигналів практично без внесення додаткової похибки у вимірювальний канал проектованого пристрою.
