
РАЗДЕЛ 3: Усилители для нормирования сигналов
©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru
Автор перевода: Горшков Б.Л.
3-35
Источники ошибок инструментального усилителя по постоянному току
Спецификации инструментального усилителя по постоянному току и шумам
несколько отличаются от спецификаций обычных операционных усилителей. Усиление ИУ
обычно устанавливается посредством единственного резистора. Если резистор внешний,
то его величина рассчитывается по формуле или выбирается из таблиц в технических
спецификациях, в зависимости от требуемого усиления.
Подгонка абсолютной величины резисторов на пластине с помощью лазера
позволяет пользователю устанавливать одним данным резистором точное значение
усиления. Абсолютная точность и температурный коэффициент этого резистора
напрямую влияют на точность и величину дрейфа усиления инструментального
усилителя. Так как внешний резистор никогда не согласован с внутренними по
температурным коэффициентам, то его следует выбирать из металлопленочных
резисторов с минимальным ТКС (<25ppm/°С), предпочтительно 0.1% или лучше. Многие
инструментальные усилители, часто специфицируемые для широкого диапазона усиления
1 .. 1000 или 1 .. 10000, будут работать и при более высоком усилении, но изготовители
не гарантируют указанное разрешение при таком усилении. На практике, по мере
уменьшения величины резистора, задающего усиление, все более заметными становятся
ошибки, связанные с сопротивлением проводников. Данные ошибки вместе с шумами и
дрейфами могут сделать невозможным получение столь высокого усиления в пределах
одного каскада. К тому же входное напряжение смещения, переданное на выход с
высоким усилением, может стать весьма заметным. Например, входное напряжение
смещения 0.5 мВ станет 5 В на выходе, если усиление равно 10000. Для высокого
усиления хорошей практикой является применение ИУ в качестве предусилителя, за
которым следует оконечный усилитель.
В инструментальных усилителях с коэффициентом усиления, программируемым по
выводам ИС (как AD621), резисторы, определяющие усиление, внутренние и хорошо
взаимно согласованы, что учитывается в спецификациях точности и дрейфа усиления. Во
всем остальном AD621 похож на AD620 с внешним резистором.
Спецификация ошибки усиления
представляет собой максимальное отклонение
коэффициента усиления от значения, вычисленного по формуле. Монолитные
инструментальные усилители, как AD624С, имеют весьма низкую ошибку усиления,
(подгонка при производстве), с максимальной величиной 0.02% при G = 1 и 0.25% при
G = 500, что типично для высококачественных инструментальных усилителей. Ошибка
усиления растет с увеличением усиления. Если результаты далее оцифровываются и
подаются на микропроцессор, становится возможным скорректировать ошибки усиления,
путем измерения опорного напряжения с последующим умножением на константу.
Нелинейность
определяется как максимальное отклонение от прямой линии на
графике зависимости выходного сигнала от входного. Прямая проводится через конечные
точки действительной функции передачи. Нелинейность усиления для
высококачественных инструментальных усилителей обычно составляет 0.01% (100ppm)
или ниже и относительно нечувствительна к усилению в рекомендуемых пределах.
Полное входное напряжение смещения инструментального усилителя состоит из
двух компонент (см. Рис.3.39). Входное напряжение смещения
V
OSI
представляет собой
одну такую компоненту входного смещения, которая появляется на выходе с
коэффициентом передачи
G
. Выходное напряжение смещения
V
OSO
представляет собой
компоненту независящую от усиления. При малом усилении доминирует выходное
напряжение смещения, в то время как при большом усилении преобладает входное
смещение. Дрейф выходного напряжения смещения специфицируется обычно при G = 1
(эффект входного незначителен), в то время как дрейф входного напряжения смещения
дается при высоком усилении (когда эффектом от выходного смещения пренебрегают).