СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-4

В ВЕДЕНИЕ Полностьюдифференциальные уси лители (ПДУ) с единственным пита нием +5 В могут использоваться для преобразования однофазных сигна лов, которые изменяются вблизи зем ли, в полностью дифференциальные сигналы, которые сдвинуты по уров ню для согласования с требованиями к входному синфазному сигналу ана лого цифровых преобразователей с дифференциальным входом (АЦП ДВ). В этом нет никакого фокуса, но, как правило, прибор, подобный THS4521, с диапазоном входного син фазного напряжения (ДВСН, V ICR ), включающим землю, является наилуч шим для этой цели. Чтобы показать, как ПДУ с единственным источником питания +5 В может быть использован для реализации такого преобразова ния, была предложена и проанализи рована одна схема. Было проведено сравнение ПДУ с двумя стандартными инвертирую щими ОУ с однофазным выходом, сконфигурированными в дифферен циальную схему и связанными по средством петли обратной связи по ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2011 синфазному выходному напряже нию. Это справедливо в качестве кон цепции, но существуют важные отли чия. Для данного обсуждения важным отличием, о котором следует помнить, является то, что при использовании в инвертирующем включении стан дартных ОУ с однофазным выходом регулируется входной синфазный сигнал, но при использовании ПДУ регулируется выходной синфазный сигнал. Когда в инвертирующем включении используется стандартный ОУ с одно фазным выходом, неинвертирующий вход ОУ не управляется источником и обычно подсоединён к земле или дру гому опорному напряжению. Синфаз ное напряжение на входных выводах ОУ стабилизировано на уровне на пряжения, приложенного к неинвер тирующему входу ОУ, отрицательной обратной связью, которая стремит ся уменьшить до нуля напряжение ошибки между его входными вывода ми. Обычно это называют виртуаль ным коротким замыканием, которое является важным принципом в тео рии ОУ. Когда ПДУ используется для пре образования однофазного входного сигнала в дифференциальный выход ной сигнал, другой вход, который не управляется источником, управляет ся выходным сигналом через цепь обратной связи. Принцип виртуаль ного короткого замыкания все ещё действует, но входы больше не привя заны к опорному напряжению и из меняются вблизи сигнала. Выходное синфазное напряжение управляется входом, подключенным к выводу V OCM . В нижеследующем обсуждении предполагается, что читатель зна ком с концепцией и применением ПДУ. Более подробную информацию об основах работы ПДУ можно най ти в [1]. А НАЛИЗ СХЕМЫ Предложенная схема На рисунке 1 показана предложен ная схема для преобразования одно фазного биполярного входного сиг нала. Шина V S+ является источником питания усилителя; вход отрицатель ного питания заземлён. Напряжение V IN представляет источник входного сигнала. Оно показано как сигнал относительно земли, изменяющийся вблизи земли (±0 В), и, следовательно, является биполярным сигналом. Ре зисторы R G и R F устанавливают коэф фициент передачи усилителя. Напря жения V OUT+ и V OUT– являются диффе ренциальными входными сигналами АЦП. Они находятся в противофазе и сдвинуты по уровню к напряжению V OCM . Анализ Для анализа удобно предположить, что ПДУ является идеальным усилите лем с нулевым смещением и бесконеч ным усилением. Коэффициент передачи от одно фазного входа до дифференциаль ного выхода установлен резисторами R G и R F : V OUT± / V IN = R F / R G . (1) Отметим, что не существует умноже ния на 2, как в других приборах и схем ных решениях, которые также могут быть использованы для преобразо вания однофазных входных сигналов Использование полностью дифференциальных усилителей с одним источником питания и отрицательными входными напряжениями для управления АЦП Джим Карки (США) Перевод Андрея Данилова В статье проанализирована схема преобразования однофазного входного сигнала в дифференциальный выходной сигнал на основе полностью дифференциального усилителя THS4521. Печатается с разрешения Texas Instruments (www.ti.com) + +– – V OUT– V OUT+ A IN– A IN+ ADC V OCM V OCM R G R F R G V IN V P V S+ V OCM FDA V N 0 В R F Рис. 1. Однофазная биполярная входная схема © СТА-ПРЕСС