将精密电位计重复利用为有用的电压源

2007-09-30 08:55:44来源: EDN China
模拟或混合信号实验室中不能有太多的电压源。简单合适的高精度电压源可在一个运算放大器电路中设定偏置点、通过一个大电阻调整电源的反馈节点,或对ADC进行快速的线性测试。工程师们经常使用直流电源,因为这是他们能找到的唯一电源。许多实验室中缺乏真正的电压校准源。本设计实例描述了重复利用原有的精密电位器的电路。这种电位器能直接读取刻度,并能装到实验室电压箱中。

在图1中的电路中有几种类型的电位计,标准10匝电位计通常有0.1%的线性度,对常见的调整效果很好。但有五十年历史的总阻抗为100 kΩ或更低的Kelvin-Varley分压器可达到10ppm的精度。如果电压源有迹象表明其输出是正确的,会很实用。数字式面板仪表是实现此目标的一种方法。然而,即使0.1% 精度的电位计也比这些仪表精度高。所以要表明输出是正确的,只需要知道电源是否接通,电源电压是否够大,输出放大器是否正常工作而并未发出或吸收太多的电流或振荡

单一红绿蓝LED提供了三种指示。绿色LED在电源开启的低占空时闪动,在电池电压太低时保持点亮。当输出失控时红色LED点亮,IC4B为低占空比张弛振荡器,能以0.5Hz的脉 冲驱动绿色LED达5ms。当吸收电流过多时蓝色LED点亮。如果输出开始振荡,LED变成粉色。

IC4A将正极性电池电压与精密的10V参考输出比较,当正极性电池电压降到低于11.5V时,持续地点亮绿色LED。这一级别电压为参考电压的电压降,这时就应该更换电池了。正极性电源的负载大于负极性电源上的负载,所以最先消耗这些电池。而且,由于只有两节电池构成了负极性电源,电池浪费最小。另外,也可将负极性电池移到正向一端,以将最后的能量都利用起来。

IC1为基准,即LT1236-10,它增加了一个调整电路。LT1236不受时间和温度影响,总是保持静态稳定的状态。其输出驱动精密电位计或Kelvin-Varley分压器的上部。电路的输出可调整到10V,此时电位计或分压器处在最大值。LT1881放大器的两部分IC2A和IC2B可以缓冲电位计或分压器的输出。两个缓冲器的组合偏置电流最大为400pA,导致了100kΩ电位计在中间刻度时产生约10mV的输出电压变化。确保有合适非反相输入以防止漏电电流。50mV的最大偏移和130dB的共模抑制比(CMRR)将整个精度控制在10V总范围的10ppm 内。

LT1881的1/2部分为电压箱的电压输出。另1/2部分用于驱动两个进入IC5即LT1017双比较器的输入,其每个比较器的输入偏置电流为15nA。Q1~Q6构成一个100mA 电流吸收器和分别相对于负极和正极的电源。调整 R1和R2来设置输出电压窗口,该电压与IC2A的输出相比较,此电压为正确输出电压的复制。如果IC2B提供或吸收太多电流,一个比较器将会被切断,从而导通相应的LED。如果输出处于振荡,两个LED都会点亮。窗口可从0mV ~±9.3mV间调节,±1mV 是一个合适的开始位置。

如果需要比LT1881所能保证的 5mA大得多的电流,可以切入一个LT1010缓冲器提供 “涡轮-提升” 功能,将输出电流提高到±150mA ,并极大地提高了驱动电容负载的能力。通常要禁用此缓冲器,因为它会从电源吸收10mA以上的电流。开关S3允许反相极性。如果使用中央关闭开关,可以断开输出。S1为电源开关。如果绝缘问题很重要时,也可以选择外部电源或电池供电。

关键字:偏置  校准  振荡  LED

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