СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-3

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА жение смещения по входу и малый дрейф, низкий входной ток и способ ность работать при входных и выход ных сигналах, близких к напряжениям на шинах питания. Другими рекомен дованными усилителями являются AD8538, AD8571 и AD8551. Эта схема отслеживает ток I в нагруз ке. Усилитель смещён стабилитроном, в данном случае с напряжением 5,1 В. Использование стабилитрона гаран тирует, что усилитель безопасно рабо тает при высоком уровне синфазного сигнала и его напряжение питания остаётся постоянным и в допустимых пределах, пока выходной сигнал пре образуется в ток МОП транзистором относительно земляного потенциала при помощи резистора R L . После этого выходное напряжение может быть по дано на преобразователи, аналоговые процессоры и другие компоненты, привязанные к заземлению, такие как ОУ и компараторы, для дальнейшей об работки сигнала. В такой конфигурации падение на пряжения на R G равно падениюнапря жения на R SHUNT , поскольку обратная связь через МОП транзистор устанав ливает одинаковое напряжение на обоих высокоимпедансных входахОУ. Ток через резистор R G протекает через полевой транзистор и резистор R L , что бы сформировать выходное напря жение V OUTPUT . Взаимосвязь между током I , протекающим через шунтиру ющий резистор, и выходным напря жением V OUTPUT описывается выраже нием (1): V OUTPUT = ( IR SHUNT / R G ) R L . (1) Выбор резистора R SHUNT . Максималь ное значение R SHUNT ограничено допус тимой потребляемой мощностью при максимальном токе. Минимальное зна чение R SHUNT ограничено входным ди апазоном и погрешностями ОУ. Обыч но значение R SHUNT составляет от 1 до 10 мОм для измерения токов свыше 10 А. Если единичный резистор не может удовлетворить требованию к потреб ляемой мощности либо слишком ве лик для печатной платы, R SHUNT , воз можно, придётся выполнить из нес кольких параллельных резисторов. Выбор резистора R G . Резистор R G ис пользуется для преобразования тока, пропорционального току на входе, в ток на выходе. Максимальное значе ние R G ограничено током утечки сток исток р канала МОП транзистора. Например, обсудим распространён ный р канальный вертикальныйМОП транзистор с двойной диффузией, ра ботающий в режиме обогащения, BSS84. Максимальное значение тока утечки I DSS при различных условиях приведено в таблице 1. Рассмотрим пример измерения то ка стока МОП транзистора (LDMOS) при синфазном напряжении 28 В и то ке утечки I DSS = 100 нА. Отображение минимального тока через резистор R L должно быть по меньшей мере в 20 раз больше I DSS . Результатом является: R G_MAX = I MIN R SHUNT /20 × 100 нА. Минимальное значение R G ограни чено допустимой потребляемой мощ ностью тока отображения при мак симальном токе нагрузки R G_MIN = = ( I MAX R SHUNT )/ I MIRROR_MAX . Выбор резистора R BIAS . Ток через резистор R BIAS делится для формиро вания тока потребления ОУ и преиму щественно постоянного напряжения на стабилитроне V Z (которое определя ет напряжение питания ОУ). Убеди тесь, что ток, протекающий через ста билитрон, не превышает его макси мальный ток стабилизации I ZMAX , когда ток усилителя I SUPPLY близок к нулю, а входное напряжение V IN является мак симальным: R BIAS_MIN = ( V IN_MAX – V Z )/ I Z_MAX . Чтобы гарантировать стабильное напряжение на стабилитроне, ток, протекающий через него, должен быть в два раза выше его минималь ного рабочего тока I ZMIN , когда ток потребления I SUPPLY является макси мальным, а входное напряжение V IN минимально: R BIAS_MAX = ( V IN_MIN – – V Z )/( I Z_MIN + I SUPPLY_MAX ). Стабилитрон и резистор R BIAS явля ются ключевыми компонентами этой схемы, поскольку они снимают высо кое синфазное напряжение с последу ющих цепей и позволяют использо вать низковольтный прецизионный ОУ. Для наилучшей стабильности нап ряжения стабилитрон должен иметь малое динамическое сопротивление и низкий температурный дрейф. Выбор резистора R 1 . Резистор R 1 ис пользуется для ограничения входного тока усилителя, если входные выбросы превосходят напряжение питания ОУ. Рекомендуется резистор 10 кОм. При низких значениях шунтиру ющего сопротивления и малых токах нагрузки важными параметрами ста новятся напряжение смещения ОУ, V OS и входной ток I OS . Произведение I MIN R SHUNT должно превышать ( V OS + + I OS R 1 ), в противном случае усилитель войдёт в режим насыщения. Следова тельно, для оптимальной работы схе мы предпочтителен усилитель, рабо тающий с входными и выходными напряжениями «от питания до пита ния» и нулевыми переходными иска жениями. Другим параметром, который необ ходимо рассмотреть для этой дискрет ной схемы, является температурный дрейф. Даже если используется усили тель с нулевым дрейфом, очень трудно или дорого оптимизировать откло нения, обусловленные дискретными компонентами: стабилитроном, МОП транзистором и резисторами. Соглас но таблице 1, максимальный ток утеч ки МОП транзистора изменяется от – 10 до –60 мкА, когда температура эксплуатации изменяется от 25 до 125 ° C при напряжении затвор исток V GS = 0 В и напряжении сток исток V DS = –50 В. Этот дрейф снизит точ ность системы в диапазоне темпера тур, особенно при малых измеряемых токах. Дрейфнапряжения на стабили троне воздействует на стабильность напряжения питания усилителя, по 51 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2011 R 1 R G R SHUNT AD8628 V+ V– + – Нагрузка R BIAS R L Выход Напряжение на шине питания I Рис. 1. Дискретная схема измерения больших токов, использующая операционный усилитель Таблица 1. Ток утечки сток исток МОП транзистора Условия Максимум IDSS V GS = 0 В; V DS = –40 В; T J = 25 ° C –100 нА V GS = 0 В; V DS = –50 В; T J = 25 ° C –10 мкА V GS = 0 В; V DS = –50 В; T J = 125 ° C –60 мкА © СТА-ПРЕСС