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IP屬地：天津 上傳時間：2022-04-27 格式：DOCX 頁數(shù)：11 大?。?85.39KB 積分：18 舉報 版權(quán)申訴

1、前些天有人問我如何實現(xiàn)精密的分壓，他認為電阻分壓不夠精密.其實分壓的目的就是為了符合AD轉(zhuǎn)換的輸入范圍，但其實有時候不但輸入范圍超由AD量程,甚至?xí)且粋€負電壓，這個時候需要將電壓平移.反正今天雙休有空，我就說說自己的做法，疏漏之處敬請諒解現(xiàn)今大多數(shù)的AD芯片都采用單電源+5V、+3.3V甚至更低的+1.8V供電，其差模輸入范圍一般是土Vref（差分輸入）、0+Vref,部分允許使用外部基準的芯片允許0VDD的輸入范圍，但是無論如何無法對一個負的輸入電壓進行AtoD的轉(zhuǎn)換（也許有一些雙電源的AD芯片可以，但我是個新手沒仔細研究過）。如果要對一個過零的正負信號進行AD轉(zhuǎn)換就必須進行電平的平移。理

2、論上如圖1所示的差分放大器就可以完成電平平移的效果，差分放大器的增益等于1,因此Vout=Vin+5,000oVin=-5+5V，因此經(jīng)過平移后Vout=010V,再經(jīng)過電阻R18、R19二分壓到符合AD系統(tǒng)輸入范圍的電壓。但是圖1所示的電路并不理想。第一,放大電路的輸入阻抗約等于R16+R17=20K,低的輸入阻抗要求信號源必須是低內(nèi)阻具有衡壓輸由特性的信號源，否則將造成很大的誤差；第二，R8R9R16R17的匹配程度將直接影響增益精度；第三，R18R19的二分壓也將帶來2%的最大誤差，如果并非二分壓那么R18KR19,由于消耗的功率不一樣導(dǎo)致R18溫度與R19不相等，溫漂將使得分壓誤差加大

3、；第四，任何接入的電路將等效成一個負載，即使AD系統(tǒng)只吸收很低的電流，等效阻抗很大，也將進一步加大分壓的誤差。利用運放的高輸入阻抗減少對信號源對于第一個問題，可以在差分放大前加入一級電壓跟隨器作為緩沖,的影響，并且運放的低輸由阻抗衡壓輸由的特性可以很好的滿足差分放大級的“特殊”要求。對于第二和第三個問題，使用0.1%低溫漂的精密電阻器可以大為改善。對于第四個問題，再運放負載能力允許的情況下使用阻值更小的電阻器可以將影響降低，但是應(yīng)當注意的是-使用阻值更小的電阻器將會使消耗功率增加，而消耗功率的增加又使得溫度上升，溫漂問題加重。經(jīng)過改進的電路如圖2所示：當然，你還可以使用單片集成差分放大器去替換

4、后端的用精密運放和精密電阻器構(gòu)建的差分放大電路，例如單位增益的AMP03o其高共模抑制比（CMRR）:100dB（典型值）、低非線性度：0.001%（最大值）、低失真：0.001%（典型值）、總增益誤差0.0080%的性能是絕對優(yōu)勝于分立器件構(gòu)建的差分放大電路的。然而成本是否增加很多我就不知道了，我不是采購不知道價格，哈哈。R8WK17R9WK1%Wv-t+12VIL-gHJ-L/一2s>十5r+5VINPUTU8R1510K1#OP。7VVvN心010K1尤S-12VM45,OOOOVREF412V5T+5KINPUT一七一區(qū)C/l>4RIO1CKOJKR1110KO,UWV-f

5、wv一U6OP074IN,R12WKQJK-AAAr-rIN1止1L/一詼LO0U7OP07OUT+IN5>I45.Q000VREF圖2但是圖2所示電路在處理一些幅度更大的信號會由現(xiàn)“瓶頸”。一般運放的擺幅在電源軌以內(nèi)應(yīng)留有2V的余量。以圖2為例，電平平移以后輸由010V,對于圖2中±12V供電來說剛好可以滿足，但是如果輸入信號幅度更大土7.5V呢？那么即使運放工作在土15V的推薦最大工作電壓下也無法滿足，為了輸生不失真的信號運放就只能工作在土18V的極限電源電壓下了。那如果先電阻分壓再跟隨再作電平平移呢？不就可以很好解決么？我們看看下面的圖三：V2+4R1s吧.10,KoJI

6、mugMRV5ITpIN1-V5X101-720upoVR%i.o*flFQ5R+2,5000VREF2N75oupoADC_INPU7圖3中電路只需改變R1R2的比例就可以很容易使輸由符合AD系統(tǒng)的輸入范圍，并且由于先分壓再作電平平移，因此輸由的最大值就是AD系統(tǒng)允許的輸入最大值，上述圖2電路的“瓶頸”問題不再存在。為了盡量減少對信號源的影響，R1R2的值必須足夠大，但是對于電壓跟隨器U2來說R1R2的分壓網(wǎng)絡(luò)相當于一個內(nèi)阻等于R1/R2的信號源，因此U2的輸入阻抗必須足夠大。對于圖3,即使U2等效阻抗高達100M,也將帶來1%的誤差，因此R1R2數(shù)量級的選擇應(yīng)該綜合考慮信號源內(nèi)阻和電壓跟隨

7、器的輸入阻抗。如果要求更精密的的分壓和電平平移是否有更好的辦法呢？我們都知道一個高開環(huán)增益，低失調(diào)電壓的運放只要將輸由完全反饋到反相端就可以構(gòu)成電壓跟隨器；那如果將輸由完全反饋到單位增益的儀表放大器反相輸入端呢？-那就是一個精密的二分壓電路！因為(Vin+)-(Vin-)*G=Vout,而此時Vin-=Vout、G=1因此Vin+=2Vout,即Vout=1/2(Vin+)。并且由于失調(diào)誤差也同時負反饋到反相端相減，因此儀表放大器的失調(diào)誤差為原來的1/2o對于土5平移到010V并且需要分壓到05V的應(yīng)用，圖4的電路剛好能滿足。他在電平平移的同時實現(xiàn)了精密的二分壓。與圖2、圖3相比除了具有更高的

8、精度之外，還具有更高的輸入阻抗因此對信號源影響更?。辉谳斢啥藷o需經(jīng)過電阻分壓，因此沒有電阻器的溫漂影響精度的問題；在電平平移的同時實現(xiàn)精密二分壓，因此在相同的電源電壓下允許2倍于圖2的信號輸入幅度。舉個例子，圖4允許±10V輸入二分壓并且平移+5.0000V,使輸由010V。但是同樣±12V供電的圖2確做不到。圖4所示電路缺點在于無法隨意比例的進行分壓，而只能是二分壓。如果輸入端是土12V的信號，而AD系統(tǒng)只能轉(zhuǎn)換02.5V的電壓，那么豈不是意味著要進行4次二分壓！!？那樣似乎太恐怖了一點，事實沒至于那么糟糕。圖5所示由兩個儀表放大器組成的電路就可以將士12V的信號平移到02.4V,也就符合02.5V的AD輸入范圍。首先U4的輸由Va=(Vin+)-(Vin-)*G,且Va=Vin-,所以Va=(Vin+)*G/(1+G)由圖中可知,設(shè)置增益的電阻R7=6.175KQ,因止匕G=(49.4/6.175)+1=9,所以Va=(9/10)*(Vin+)然后U5對Vin+與Va做減法，因此U5輸由Vout=(1/10)*(Vin+),再經(jīng)過電平抬升成02.4V輸由但