Грешки и анализ на измервателния усилвател
Рубрикатор
Нашите новини
Абонирайте се за новини
Маслов Владимир
Тази статия ще разгледа основните грешки на усилвателите на измервателни уреди (DUT) и ще осигури систематичен подход за изчисляване на общата грешка. Първо, нека разгледаме основните източници на грешки, като компенсирано напрежение, CMRR и т.н. След това, използвайки спецификации на IC и практически примери, сравнете точността на различни DUT, например характеристиките на дискретен DUT и интегриран DUT.
Тъй като инструменталните усилватели са най-често използвани в нискоскоростни, високо прецизни устройства, ние ще се съсредоточим върху анализа на DC грешки като напрежение на отклонение, входни токове на отклонение и нискочестотен шум (предимно линейни честотни шумове).
Важно е да запомните, че източниците на грешки варират от схема до схема. Например, когато обработвате сигнали от термодвойки, не забравяйте, че импедансът на сензора е много нисък, обикновено не повече от няколко ома, дори когато между сензора и усилвателя се използва дълъг кабел. В резултат на това грешките, причинени от токове на отклонение и шумови токове, могат да бъдат пренебрегнати, докато грешките на напрежението на отклонението трябва да бъдат взети под внимание.
Преди да разгледате конкретни източници на грешки, е важно да разберете какво се разбира под RTO и RTI.
Във всяко устройство, което може да работи с усилване, по-голямо от единица (например операционни усилватели (операционни усилватели) или в усилватели), абсолютната грешка винаги ще бъде по-голяма на изхода на устройството, отколкото на неговия вход.
Например нивото на шума на изхода на верига ще се определя не само от нивото на входния шум, но и от усилването на веригата, с която се предава към изхода, плюс вътрешния шум на DUT е добавен. Следователно е необходимо ясно да се определи дали грешката се мащабира до нивото на входния сигнал (RTI) или нейното ниво се определя само от стойността на изходния сигнал (RTO). Например, ако искате да преизчислите изходното компенсирано напрежение до входното ниво, просто трябва да разделите грешката на печалбата, т.е.
където K е коефициентът на предаване.
Операцията по преизчисляване на нивата на всички грешки по отношение на общия входен сигнал е често срещана практика за оценка на грешката на веригата и позволява лесно и просто сравнение между големината на грешката и нивото на входния сигнал.
Една милионна или ppm
Една милионна или ppm е популярен начин за записване на много малки грешки. Ppm е безразмерна, тъй като грешката задължително се определя по отношение на някакъв параметър. В тези единици нивото на сравнения сигнал се настройва в съответствие с пълната скала на входния сигнал. Например входното напрежение на срязване, изразено в ppm, се определя от следното уравнение:
където V INFS е входният сигнал в пълен мащаб.
Източници на грешки в дискретни и интегрирани усилватели за измерване
Фигура 1 показва източниците на най-често срещаните грешки в дискретни и интегрирани DUT. Те ще бъдат обсъдени подробно по-долу.
Напрежение на отклонението
Има две компенсирани напрежения: входно компенсирано напрежение и изходно компенсирано напрежение.
Входното напрежение на отклонението възниква от неидентичните VBE на транзисторите във входния етап на усилвателя. Това напрежение може да бъде представено като постоянно напрежение, свързано последователно с входния сигнал (фиг. 1). Точно като входния сигнал, той ще бъде усилен с усилването на DUT.
В случай на DUT с повече от една степен на усилване, като класически DUT с три операционни усилвателя, входните транзистори на изходния етап също ще допринесат за общото напрежение на отклонение. Тъй като обаче изходният етап обикновено има единично усилване, неговият принос няма да има силен ефект върху общото компенсирано напрежение на DUT. Въпреки това, за да се изчисли общата грешка, тази грешка, обикновено преизчислена във входа, така че ефектът й да може да бъде корелиран с нивото на входния сигнал, се взема предвид по този начин:
където K е коефициентът на предаване.
Това уравнение показва, че ефектът от напрежението на изходното отклонение намалява с увеличаване на усилването на DUT.
отклонение и входни токове
Токовете на отклонението текат към или от входовете на DUT, така че те винаги имат специфична полярност. Тези токове генерират напрежения, преминавайки през входното съпротивление на DUT и са в последователност с входното напрежение на отклонението. Ако обаче двата входа на DUT имат еднакво съпротивление, еднаквите токове на отклонение ще генерират едни и същи входни напрежения (обикновено по-малко от няколко mV) и ще бъдат добре потиснати от всеки DUT с разумен CMRR. Ако случаят не е такъв, тогава крайната грешка ще се определи от разликата в тези съпротивления.
Трябва да се има предвид и разликата в изместващите токове. Тъй като всеки от токовете на отклонението може да бъде по-голям от другия, полученият ток може да има всякаква полярност. Разликата между двата тока на отклонение причинява грешка като изместване на напрежението на входното ниво, което е право пропорционално на разликата във входния импеданс на DUT.