【導(dǎo)讀】準(zhǔn)確測(cè)量電壓需要減少檢測(cè)儀器零部件的影響，與傳統(tǒng)的不同，本文主要是通過LTC60090來描述高電壓CMOS放大器利用單個(gè)IC來實(shí)現(xiàn)高阻抗檢測(cè)的方法。
電壓的準(zhǔn)確測(cè)量需要盡量減小至被測(cè)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(huì)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(cè)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(chǎng)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(huì)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(hào)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(cè)問題
LTC6090在單個(gè)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(hào)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(dòng)態(tài)范圍。高壓操作可能會(huì)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)
準(zhǔn)確的50.00V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(gè)高質(zhì)量5V基準(zhǔn)是一件簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(gè)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(gè)電阻實(shí)現(xiàn)了與運(yùn)算放大器的隔離，并形成一個(gè)針對(duì)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(gè)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(gè)電路大約吸收4mA靜態(tài)電流，并且能驅(qū)動(dòng)10mA負(fù)載。
簡(jiǎn)單的大信號(hào)緩沖器
LTC6090的作用相當(dāng)于一個(gè)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(gè)靜電計(jì)級(jí)別的緩沖器級(jí)是十分簡(jiǎn)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(dòng)偏置電源。
如圖2所示，LTC6090可容易地利用一個(gè)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(cè)量，并準(zhǔn)確地處理信號(hào)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(duì)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。
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(gè)高質(zhì)量5V基準(zhǔn)是一件簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(gè)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(gè)電阻實(shí)現(xiàn)了與運(yùn)算放大器的隔離，并形成一個(gè)針對(duì)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(gè)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(gè)電路大約吸收4mA靜態(tài)電流，并且能驅(qū)動(dòng)10mA負(fù)載。
簡(jiǎn)單的大信號(hào)緩沖器
LTC6090的作用相當(dāng)于一個(gè)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(gè)靜電計(jì)級(jí)別的緩沖器級(jí)是十分簡(jiǎn)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(dòng)偏置電源。
如圖2所示，LTC6090可容易地利用一個(gè)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(cè)量，并準(zhǔn)確地處理信號(hào)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(duì)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(jiǎn)化的高阻抗和/或大信號(hào)擺幅、以及非常寬動(dòng)態(tài)范圍的放大解決方案。
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