Прецизионный усилитель LT1881 компании Analog Devices

К современному контрольно-испытательному оборудованию, а также различной измерительной технике предъявляются повышенные требования в плане обеспечения точности выходного сигнала. Как правило, в таких устройствах необходимо усилить слабый входной сигнал, который подается с датчика, при этом усиленный выходной сигнал должен максимально точно повторять форму входного сигнала без искажений и помех. Для этих целей использование операционных усилителей общего назначения неприемлемо вследствие их не очень больших коэффициентов усиления, немалых напряжений смещения нуля, относительно больших уровней шумов и малых входных сопротивлений. Всех этих недостатков лишены прецизионные операционные усилители, которые являются рациональным выбором для решения таких задач.

В некоторых случаях помимо высокого коэффициента усиления, малых значений напряжения смещения, дрейфа нуля и входного тока требуется широкий диапазон питающего напряжения и выход rail-to-rail, при котором выходной сигнал может изменяться во всем диапазоне напряжения питания. Зачастую такие требования сопровождаются желанием использовать недорогие компоненты. Всем этим требованиям могут удовлетворить прецизионные усилители LT1881 компании Analog Devices.

LT1881 представляют собой 2-канальный прецизионный усилитель с напряжением питания от 2,7 В до 36 В и выходом rail-to-rail. Так, выходное напряжение усилителя может изменяться в диапазоне от (–U_пит + 40 мВ) до (+U_пит – 220 мВ), что делает данный усилитель оптимальным решением для работы в низковольтных устройствах с однополярным источником питания, например, в устройствах с батарейным питанием. Хотя выходной сигнал может изменяться практически во всем диапазоне питающего напряжения, входной каскад ограничен диапазоном от (–Uпит + 1 В) до (+Uпит – 1 В). При выходе из данного диапазона коэффициент усиления может уменьшиться до 0, однако опрокидывание фазы не произойдет.

Усилитель LT1881 характеризуется очень низким входным током смещения, максимальное значение которого составляет 200 пА. Это позволяет поддерживать высокую точность при использовании источников с высоким сопротивлением. Таких низких входных токов смещения удалось добиться благодаря применению встроенной схемы компенсации. Также за счет этого токи смещения неинвертирующего и инвертирующего входов являются некоррелированными. Но в данном случае не нужно пытаться сбалансировать входные сопротивления на каждой входной линии, как это обычно рекомендуется для большинства усилителей. Чтобы минимизировать суммарную ошибку цепи, сопротивление на каждом входе должно быть как можно меньше.

Инвертирующие и неинвертирующие входные линии усилителя LT1881 имеют встроенную защитную цепь. На входах предусмотрена защита от электростатического разряда для предотвращения повреждений при работе с этими компонентами во время пайки, испытаний и т.п. Транзисторы на входах также имеют ограничивающие резисторы для защиты от перепадов входного напряжения до 10 В. Короткие переходные процессы выше этого уровня также будут допустимы. Если на входах предполагается появление дифференциального напряжения выше 10 В, то для защиты усилителя следует использовать внешние ограничивающие резисторы.

Также данные усилители имеют очень малое напряжение смещения, максимальное значение которого составляет 50 мкВ, а дрейф напряжения смещения не превышает 0,8 μV/°C. Все это наряду со сверхмалым током смещения позволяет использовать их в составе высокоточных измерительных систем и инструментальных усилителей, способных работать в зашумленных помехами средах. Кроме того, благодаря расширенному диапазону рабочих температур от –55 °C до 125 °C усилитель LT1882MP может применяться в высокотемпературных приложениях.

Одним из применений, где компоненты LT1881 могут стать оптимальным вариантом для усиления слабых сигналов с датчиков в зашумленных средах, являются схемы усиления сигналов с термопар и мостов Уитстона. На рисунке 1 показан пример использования LT1881, работающего в составе питаемого напряжением +3,3 В высокоточного цифрового термометра, способного измерять температуру в пределах от –50 °C до 600 °C. Здесь LT1881 усиливает слабый сигнал с моста Уитстона, в одном из плечей которого используется термометр сопротивления (RTD), обозначенный как RT. Усиленный сигнал затем поступает в цифровую систему сбора данных LTC1287, в основе которой лежит 12-разрядный АЦП.

Рисунок 1. Применение LT1881 в составе цифрового термометра.

Также данные усилители могут применяться совместно с ЦАП для формирования выходного сигнала и обеспечения опорного напряжения. На рисунке 2 представлена такая схема совместной работы 16-разрядного ЦАП LTC1597 и LT1881. Сам ЦАП питается лишь напряжением +5 В, а второй операционный усилитель в составе LT1881, питаемый напряжением ± 5 В, инвертирует опорное напряжение +5 В с использованием внутренних прецизионных резисторов ЦАП, формируя тем самым отрицательное опорное напряжение, позволяющее в свою очередь формировать на выходе ЦАП биполярные сигналы. Первый усилитель в составе LT1881 обеспечивает на выходе преобразование «ток-напряжение» и работает в качестве выходного буфера.

Рисунок 2. Совместная работа ЦАП LTC1597 и усилителей LT1881.

Прецизионный усилитель LT1881 компании Analog Devices сочетают в себе высокий коэффициент усиления, малые значения напряжения и тока смещения, низкий уровень шума, широкий диапазон питающего напряжения и выход rail-to-rail. Эти усилители благодаря сверхмалым входным токам смещения, напряжениям смещения и дрейфу отлично зарекомендовали себя для применения в высокоточных измерительных системах.