電壓的準(zhǔn)確測量需要盡量減小至被測試電路之儀器接線的影響。典型的數(shù)字電壓表(DVM)采用10M電阻器網(wǎng)絡(luò)以把負(fù)載效應(yīng)保持在不顯眼的水平,即使這會引起顯著的誤差,尤其是在包含高電阻的較高電壓電路中。
解決方案是采用靜電計(jì)配置的高阻抗放大器,因此來自測試節(jié)點(diǎn)的放大器輸入電流就微乎其微。為使輸入電流值盡可能低,傳統(tǒng)上都把場效應(yīng)晶體管 (FET)用在這些電路的輸入端。FET一般是低電壓器件,并會引起難以消除的電壓失調(diào)不確定性。雖然具有包括FET輸入的單片式放大器,但它們通常是非常低電壓的器件 (特別是那些采用典型CMOS制作方法的放大器),因此其適用范圍局限在高電壓應(yīng)用。可以考慮一下LTC6090,這是一款精度在mV以內(nèi)并能處理超過140VP-P信號擺幅的CMOS放大器,非常適合于解決上述問題。
LTC6090可輕松地解決高電壓檢測問題
LTC6090在單個器件中整合了一組獨(dú)特的特性。其CMOS設(shè)計(jì)特性在高輸入阻抗和“軌至軌”輸出擺幅中提供了極限,但與采用5V供電的典型CMOS器件不同,LTC6090能采用高達(dá)±70V電源運(yùn)作。而且,該器件在小信號領(lǐng)域中也可占有一席之地,其具有低于500μV的典型VOS和11nV/√Hz的電壓噪聲密度,從而可提供驚人的動態(tài)范圍。高壓操作可能會帶來顯著的功耗,因此LTC6090提供了耐熱性能增強(qiáng)型SOIC或 TSSOP封裝。這款器件具有過熱輸出標(biāo)記和輸出停用控制功能,因而無需額外的電路即可提供靈活的保護(hù)措施。
圖1高電壓精準(zhǔn)基準(zhǔn)
LTC6090能在采用單電源運(yùn)作的情況下提供140V輸出電平,因此放大一個高質(zhì)量5V基準(zhǔn)是一件簡單的事情,可采用準(zhǔn)確的電阻器網(wǎng)絡(luò)以保持精度。LT5400高精度電阻器陣列可處理高達(dá)80V的電壓,所以對于數(shù)值為10的增益而言,利用10:1比值版本是一種產(chǎn)生準(zhǔn)確50V校準(zhǔn)電源的簡易方法,并無需進(jìn)行任何的調(diào)節(jié)。圖1示出了一款以優(yōu)于0.1%準(zhǔn)確度將LT6654A 5.000V基準(zhǔn)放大至50.00V的電路。該電路的供電電壓范圍為55V至140V,而65V是一種由任選的便攜式電源 (示于圖2的一部分) 所提供的可用電源電壓。
LTC6090 采用一個1μF輸出電容進(jìn)行設(shè)置,以提供卓越的負(fù)載階躍響應(yīng)。該電容通過一個電阻實(shí)現(xiàn)了與運(yùn)算放大器的隔離,并形成一個針對700Hz以上頻率的有效降噪濾波器。高精度LT5400A-3電阻器網(wǎng)絡(luò)提供了0.01%匹配準(zhǔn)確度的10k/100k電阻,再加上高阻抗CMOS運(yùn)放輸入端上沒有負(fù)載,故而可形成一個高度準(zhǔn)確的放大因子。LTC6090輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生的誤差<0.03%,而LT6654A引起的誤差則<0.05%。圖1所示的整個電路大約吸收4mA靜態(tài)電流,并且能驅(qū)動10mA負(fù)載。
簡單的大信號緩沖器
LTC6090的作用相當(dāng)于一個普通的單位增益穩(wěn)定型運(yùn)算放大器,因此設(shè)計(jì)一個靜電計(jì)級別的緩沖器級是十分簡單,可利用典型的單位增益電路提供100%的反饋。完全不需要分立式的FET或浮動偏置電源。
如圖2所示,LTC6090可容易地利用一個分離型電源(例如:小型反激式轉(zhuǎn)換電池電源)來供電。這款基本電路能在高阻抗電路中提供精準(zhǔn)的電壓測量,并準(zhǔn)確地處理信號擺幅至任一電源軌的3V內(nèi)(在本例為±62V)。由于輸入漏電流通常低于5pA,因此對于接近1GΩ的源阻抗來說,電路負(fù)載的影響 基本上是微不足道的。
圖2用于數(shù)字電壓表的緩沖探頭
結(jié)論
LTC6090是一款獨(dú)特且通用的高電壓CMOS放大器,其可實(shí)現(xiàn)簡化的高阻抗和/或大信號擺幅、以及非常寬動態(tài)范圍的放大解決方案。
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