39 (185)

Rys. 39

JTżt

JT-J	tr*
i >	-►

Rys. 40

ujemnej różnicy temperatur napięcie wyjściowe mogło obniżyć się poniżej masy.

Jednak my jesteśmy ograniczeni, bo mamy do dyspozycji zasilanie niesymetryczne pojedynczym napięciem 12V, więc musimy „przesunąć skalę” i zastosować jakiś obwód sztucznej masy. 1 bardzo dobrze, bo przy okazji omówimy dwa ważne problemy praktyczne.

Oto pierwszy: trzeba pamiętać, że całe wzmocnienie różnicowe realizowane jest w pierwszym stopniu, złożonym z dwóch wzmacniaczy (Ul, U2). W naszym przykładzie chcemy uzyskać na wyjściu współczynnik 100mV/°C, więc wzmocnienie różnicowe powinno wynosić około 45 razy (33dB). Jeśli różnica temperatur diod wyniosłaby na przykład 20 stopni, to a) różnica napięć w punktach A, B miałaby 2V.

W układzie z rysunku 36 mogłoby to wyglądać, jak pokazuje rysunek 38. Zwróć uwagę, że średnie napięcie na diodach wynosi 0,6V powyżej masy, a napięcie na wyjściu jednego ze wzmacniaczy musi być o 1V wyższe, natomiast na wyjściu drugiego - o ten jeden wolt niższe od napięcia na diodzie. Czyli musi być niższe niż potencjał masy. Mamy więc potwierdzenie, że układ z rysunku 37 musiałby być zasilany napięciem symetrycznym.

My możemy ominąć omawiany problem, podwyższając napięcie na diodach, na przykład stosując rezystor, diodę Zenera albo też dodatkowe diody lub diodę

>u+

ń^-?	r*
T	->

świecącą. Trzy możliwości pokazuje rysunek 39. Napięcie na diodach pomiarowych wcale nie musi być przy tym rówme połowie napięcia zasilania. Wystarczy podnieść napięcie na diodach pomiarowych o tyle, żeby przy największej spodziewanej różnicy temperatur tych diod nie nasyciło się wyjście żadnego ze wzmacniaczy Ul, U2.

Inna sprawca to podwyższenie napięcia spoczynkowego na wyjściu C wzmacniacza pomiarowego, które w przypadku z rysun-

_h ku 38 wynosiłoby 2 wolty poniżej masy. Jak wiesz, przy zerowej różnicy temperatur napięcie na wyjściu C będzie takie samo, jak napięcie w punkcie D. Aby zasilać układ napięciem pojedynczym, trzeba podwyższyć napięcie w^; punkcie D, na przykład do poziomu

B O—|

AO-1

BO-1

Rys. B8

AO—1

Rys. B11

Rys. B10

Prosty wzmacniacz różnicowy z czterema rezystorami w praktyce jest wykorzystywany rzadko, a to z uwagi na małą rezystancję wejściową, trudność zmiany wzmocnienia, oraz kłopot z uzyskaniem dużego tłumienia sygnału wspólnego (CMRR - Common Modę Rejection Ratio), wtedy gdy bardzo mały sygnał użyteczny (rzędu miliwoltów) występuje na tle dużego sygnału wspólnego (rzędu woltów). Czyli różnice poziomów tych sygnałów sięgają 60dB, czyli 1000 razy. Chcielibyśmy, żeby tłumienie sygnału wspólnego też było tego rzędu, a nawet znacznie lepsze. Teoretycznie nie ma problemu - wystarczy idealnie dobrać stosunki dwóch par rezystorów i tłumienie sygnału wspólnego będzie doskonałe. Trzeba jednak pamiętać, że po pierwsze, w praktyce rzadko mamy do czynienia z rezystorami o tolerancji lepszej niż 1%, a odchyłka o 1% pogarsza tłumienie do niezadowalającej wurtości 40dB.

Zastosowanie rezystorów o tolerancji 0,1% zapewnia tłumienie 60dB. Można też dodać obwód regulacji, np. według rysunku B8.

^^S‘ Ale sama dokładność dobom stosunku rezystancji Rb/Ra to nie wszystkoj | - trzeba mieć na uwadze nie tylko tolerancję, ale też stabilność cieplną i długoczasową wszystkich użytych rezystorów i potencjometru.

Aby uzyskać naprawdę duże tłumienie sygnału wspólnego (CMRR), trzeba byłoby zastosować rezystory o bardzo dobrej stabilności.

Jeśli natomiast chodzi o oporność wejściową, to moglibyśmy łatwo ją zwiększyć, dodając na wejściach wtórniki według rysunku B9. Problem małej rezystancji wejściowej można byłoby też zlikwidować,

^Rs/ D

CZfl-o

stosując wzmacniacz różnicowy według koncepcji z rysunku B10.

W zasadzie wzmocnienie klasycznego wzmacniacza różnicowego należałoby zmieniać przez jednoczesną zmianę dwóch rezystancji, jak pokazuje rysunek Bil, by zachować niezmienny stosunek Rbi/Rai=Rb2/Ra2-W praktyce jest to nieosiągalne. Bardziej sensowni y byłby sposób według rysunku BI2. Dwie inne możliwości zmiany wzmocnienia, za pomocą dodatkowego wzmacniacza, pokazane są na rysunku B13.

Jednak w praktyce najczęściej stosowane jest rozwiązanie z trzema wzmacniaczami operacyjnymi. Zamiast dwóch niezależnych wtórników z rysunku B9, dwa pierwsze ukła-

TECHNIKAL1A

Elektronika dla Wszystkich Marzec 2010 39