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電路功能與優(yōu)勢
  從正基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生負(fù)基準(zhǔn)電壓的傳統(tǒng)方法只用反相運(yùn)算放大器,這種方法需用兩個精密匹配的電阻。如果匹配有誤差,則最終輸出也會產(chǎn)生誤差。利用本文所述電路,無需用精密電阻即可產(chǎn)生一個負(fù)精密基準(zhǔn)電壓,從而以更少的元件提供更高的精度。
 
電路描述
  該電路采用1.25 V高精度串行基準(zhǔn)電壓源ADR127和低噪聲、低失真、低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器AD8603。ADR127提供高精度1.25 V輸出。AD8603是理想的互補(bǔ)產(chǎn)品,功耗極低,具有出色的電源抑制比(PSRR),并且能采用低至1.8 V的電源電壓工作。本電路中,容許的最低電源電壓為3 V ( ±1.5 V),使基準(zhǔn)電壓源和運(yùn)算放大器均保持足夠的裕量。
 
  請注意,基準(zhǔn)電壓源ADR127為浮地的,其輸入連至+VDD電源,輸出連至AD8603的反相輸入(通過1 kΩ隔離電阻),GND引腳則連至AD8603的輸出。(如果ADR127 GND引腳連至實(shí)際電路板的接地層,則該電路將不能正常工作。)在此配置中,ADR127充當(dāng)1.25 V電壓源,連接在運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路內(nèi)。負(fù)反饋迫使運(yùn)算放大器輸出–1.25 V電壓。運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓引起的誤差以及基準(zhǔn)電壓源本身引起的誤差構(gòu)成輸出電壓的全部誤差。流經(jīng)1 kΩ電阻的偏置電流所引起的誤差可忽略不計(jì),因?yàn)檫\(yùn)算放大器為CMOS,其輸入偏置電流極低。因此,如果負(fù)電源電壓接近基準(zhǔn)電壓輸出,則所選的運(yùn)算放大器必須具有低失調(diào)電壓和軌到軌輸出。


圖1.可產(chǎn)生負(fù)1.25 V基準(zhǔn)電壓的電路


  為使本電路正常工作,必須考慮與基準(zhǔn)電壓源和運(yùn)算放大器相關(guān)的裕量問題。VDD電源電壓必須足夠大才能滿足基準(zhǔn)電壓源的裕量要求。ADR127要求電源電壓裕量至少為1.45 V (VIN – VOUT),因此VDD至少應(yīng)為1.5 V(提供50 mV裕量)。對負(fù)電源的要求取決于運(yùn)算放大器輸出級的裕量要求。AD8603具有軌到軌輸出級,但即便如此,本電路也應(yīng)當(dāng)至少提供數(shù)百毫伏的輸出裕量。AD8603必須輸出–1.25 V,因此至少應(yīng)使用–1.5 V的VSS,以提供250 mV輸出裕量。只要裕量要求得到滿足,則可以使用±1.5 V至±2.5 V范圍內(nèi)的任何電源電壓。AD8603的額定電源電壓為5 V,絕對最大電源電壓為6 V或±3 V(使用對稱電源時)。
 
  0.1 μF電容對其輸入與輸出引腳之間的基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行去耦。1 kΩ電阻將該電容與運(yùn)算放大器的反相輸入隔離。應(yīng)將一個0.1 μF低電感陶瓷去耦電容(圖中未顯示)與VDD相連,并使其非??拷@兩個IC。多數(shù)情況下,運(yùn)算放大器的最終輸出(–VREF)將被深度去耦,這就要求所選的運(yùn)算放大器在處理較大的容性負(fù)載時必須保持穩(wěn)定。典型的去耦網(wǎng)絡(luò)由一個1 μF至10 μF電解電容和一個0.1 μF低電感陶瓷MLCC型電容并聯(lián)構(gòu)成。
 
常見變化
  經(jīng)驗(yàn)證,采用圖中所示的元件值,該電路能夠穩(wěn)定地工作,并具有良好的精度。此配置還可以采用ADI公司的其它基準(zhǔn)電壓源和精密運(yùn)算放大器,形成具有其它合適值的負(fù)基準(zhǔn)電壓。
 
  選擇基準(zhǔn)電壓源與放大器組合時,切勿違背基準(zhǔn)電壓源的電源電壓裕量要求(VIN – VOUT)。由于基準(zhǔn)電壓VOUT = 0,因此+VDD的最小值必須等于或大于電源電壓裕量。例如,要利用5 V精密基準(zhǔn)電壓源ADR365產(chǎn)生–5 V基準(zhǔn)電壓,+VDD至少應(yīng)為5.3 V,因?yàn)锳DR365的電源電壓裕量要求為300 mV。放大器必須在其輸出端提供–5 V輸出,因此對于本例,16 V、低噪聲、精密、軌到軌運(yùn)算放大器AD8663將是明智的選擇。VSS應(yīng)設(shè)置為–5.5 V(提供0.5 V負(fù)輸出裕量),因?yàn)锳D8663的電源電壓范圍為16 V,VDD可以為5.3 V至10.5 V范圍內(nèi)的任何值。多數(shù)情況下,電源是對稱的,因此VDD = +5.5 V且VSS = –5.5 V將是不錯的選擇。
 
  ADR121與適合的運(yùn)算放大器一起使用,可以產(chǎn)生–2.5 V基準(zhǔn)電壓。由于運(yùn)算放大器必須輸出–2.5 V電壓,因此至少應(yīng)使用–2.8 V的VSS(假設(shè)存在軌到軌輸出級)。VDD至少必須為+0.3 V,才能滿足ADR121的最小VIN – VOUT要求。如果使用AD8603,則VDD不應(yīng)高于+2.2 V,使AD8603的總電源電壓不超過5 V。如果要求用對稱的2.8 V電源或更高電源(例如±5 V),則必須選用電源電壓更高的運(yùn)算放大器。
 
進(jìn)一步閱讀
  Jung, Walter G. 2002. Op Amp Applications. Analog Devices. ISBN 0916550265. Chapter 7. Also available as Op Amp Applications Handbook. Elsevier/Newnes. 2005. ISBN 0750678445. Chapter 7, http:///library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html.
  Kester, Walt. 2004. Analog-Digital Conversion. Analog Devices. ISBN 0916550273. Chapter 9. Also available as The Data Conversion Handbook. Elsevier/Newnes. 2005. ISBN 0750678410, Chapter 9, http:///library/analogDialogue/archives/39-6/data_ conversion_handbook.html.
  Zumbahlen, Hank. 2006. Basic Linear Design. Analog Devices. ISBN 0915550281. Chapter 11. Also available as Linear Circuit Design Handbook. Elsevier-Newnes, 2008, ISBN 0750687037, Chapter 11, http:///product.jsp?isbn=9780750687034&ref=CWS1.
 
數(shù)據(jù)手冊和評估板
  ADR127 Data Sheet. http:///zh/ADR127/productsearch.html.
  AD8603 Data Sheet. http:///zh/AD8603/productsearch.html.

修訂歷史
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