实现精密二分压电路功能的放大器

实现二分压电路的经典方法是使用两只阻值相等的电阻器。如果使用精度为1%的电阻器，则二分压器的输出电压精度为2%。对于大多数应用来说，这一精度经济实惠，足以满足所需。但是，当你需要极高的精度时，这种方法就需要相应精密的电阻器，因而可能需要增加成本。给仪表放大器加上反馈回路，便可获得一个二分压电路，而且具有缓冲输出的好处（图1）。这一电路的工作原理很简单。该仪表放大器具有单位增益的特点，所以其输入端上的电压出现在VREF和VOUT之间；VOUT-VREF=VIN(+)-VIN(-)。但是，考虑到图1所示电路，请注意VOUT=VIN(-)，VREF=0。代入第一公式，你就可以得到VOUT=VIN(+)-VOUT，2VOUT=VIN(+)， 即VOUT=1/2 VIN(+)。因此，你就获得了一个二分压电路。该电路的有趣特点之一是，仪表放大器的输入失调电压和输出失调电压也是减半的。


图1  仪表放大器可成为一种简单的二分压电路。

你可以在工作台上用LT1167型或LTC2053型仪表放大器来实现这种二分压电路（图2）。虽然工作台测试是不必要的，但你可在反馈通路中引入RC网络，以对噪声整形并保证主极点性能。为了测试LT1167的失调电压，要将VIN(+)设置为0V，而让VIN(-)在0V和VOUT之间交替变化。这一测试证明，反馈使总失调电压减半。将10V分压为5V时，LT1167的输出误差为100μV。如用更精密的LTC2053将2.5V分压为1.25V，则其输出误差为2.5μV，几乎测量不出来。在使用冷喷枪和热喷枪时，这一误差可能会增大到15μV。不过，最坏情况计算结果也许是同样重要的。


图2  利用LT1167（a）和LTC2053（b）集成电路就可方便地构成图1所示的电路。
　　
LT1167的最坏情况计算表明，在输入为10V、输出为5V时，在0~70℃的温度范围内，最大误差为1.12mV。这一最大误差值构成的温度范围内的总误差为224×10-6。确保这一精度的两只电阻器，其所需的最大公差在温度范围内各为112×10-6。电阻分压器的误差预算要求最初的比例匹配约为50×10-6，而要求温度系数匹配优于1×10-6/℃。在输入为2.5V、输出为1.25V的情况下，LTC2053的最坏情况计算表明，在0~70℃温度范围内，最大误差为80μV。这一误差值构成的总误差在规定的温度范围内为64×10-6。确保这一精度的两只电阻器，其所需的最大公差在规定的温度范围内各为32×10-6。电阻分压器的误差预算要求最初的比例匹配约为15×10-6（0.0015%），而要求温度系数匹配优于0.25×10-6/℃。在这两种情况下，这样质量的电阻器即使能买到也是异常昂贵的。此外，仪表放大器还有一些优点，就是输入阻抗大和对输出进行缓冲。而且，误差计算已将输入失调电压、偏置电流、增益误差和共模抑制比等的影响包括在内，而电阻运放则还要把这些影响加进去。
  
作者：Glen Brisebois Jon Munson