Чи можна сформувати симетричний вихідний сигнал у вимірювальному підсилювачі з несиметричним виходом?

Використання симетричного сигналу у вимірювальному каналі має низку переваг, а саме: такий сигнал має вдвічі більшу амплітуду при однаковій, порівняно з несиметричною структурою, напрузі живлення; відношення сигнал/шум у симетричному каналі також вище; коефіцієнт послаблення синфазної перешкоди має місце лише у симетричному вимірювальному каналі. Крім того, у підсилювачі з симетричним входом вищий вхідний імпеданс, більш точний і легко регульований коефіцієнт підсилення. Однак ці переваги зникають, якщо на виході класичного вимірювального підсилювача виникає необхідність у формуванні симетричного сигналу.

Методи формування симетричного виходу

Існують спеціальні методи, що дозволяють отримати повністю симетричний за входом і виходом вимірювальний підсилювач, виконаний на основі традиційної класичної схеми з несиметричним виходом (рис. 1). Однак ці методи не позбавлені недоліків.

Метод використання виводу Reference

Один із методів полягає у використанні виводу “reference” і зовнішнього операційного підсилювача (ОП), як показано на рис. 2. У цьому випадку виходи основного і зовнішнього або додаткового операційного підсилювача утворюють загальний симетричний вихід. Недоліком такої схеми є те, що для збереження стійкості зовнішнього операційного підсилювача в ланцюг його зворотного зв’язку, як правило, необхідно включити конденсатор, що призводить до зменшення смуги пропускання цієї схеми порівняно з вимірювальним підсилювачем без зовнішнього ОП.

Друге рішення полягає у використанні двох класичних вимірювальних підсилювачів, увімкнених паралельно, як показано на рис. 3.

Ця схема має більшу смугу пропускання порівняно з попередньою (рис. 2) і краще узгодження параметрів паралельно включених вимірювальних підсилювачів. Однак, якщо внутрішні резистори обох підсилювачів погано узгоджені між собою, а це може мати місце, якщо підсилювачі вибрані з різних партій, то вихідний сигнал буде зміщений відносно центральної точки і симетрія на виході цієї схеми буде порушена.

Схема з перехресним включенням підсилювачів

На рис. 4 наведена нова схема з перехресним включенням двох класичних вимірювальних підсилювачів. Вона забезпечує повністю симетричний вихід, має коефіцієнт підсилення, що регулюється з високою точністю, причому регулювання підсилення забезпечується одним зовнішнім резистором. З’єднавши виводи “reference” двох підсилювачів, розробник має можливість регулювати розмах вихідного симетричного сигналу.

Як приклад на рис. 5 наведено графіки сигналів на входах і виходах схеми з перехресним включенням вимірювальних підсилювачів типу AD8221, яка представлена на рис. 4. За допомогою зовнішніх резисторів коефіцієнт підсилення цієї схеми обраний рівним одиниці, причому CH1 – сигнал на вході In_A, CH2 – сигнал на виході VOUT_A, CH3 – сигнал на виході VOUT_B.

Із графіків випливає, що сигнали на виходах A і B повністю узгоджені за напругою і протилежні за фазою, а симетричний сигнал на вході повністю узгоджений із симетричним сигналом на виході.

Висновки

Схема з перехресним включенням класичних вимірювальних підсилювачів забезпечує повністю симетричний вихід у вимірювальному каналі. Якість вихідного симетричного сигналу у цій схемі практично не залежить від величини розузгодження параметрів внутрішніх резисторів у двох вимірювальних підсилювачах.