Điều chỉnh điện thế offset

0
279
Điều chỉnh điện thế offset : Trong một số hệ thống điện tử, điện áp bù DC ở đầu vào sẽ gây ra sai số đáng kể cho đầu ra. Điều này đặc biệt đúng trong các cấu hình khuếch đại độ lợi cao. Một mạch điều chỉnh offset có thể được thêm vào để tạo ra điện áp bù, làm cho các giai đoạn khuếch đại cao trở nên thực tế ngay cả với điện áp bù đầu vào đáng kể được tìm thấy trong mạch op amp.
Chiết áp kỹ thuật số (EPOTS) cung cấp cho các nhà thiết kế cơ hội kiểm soát điện trở thông qua giao diện kỹ thuật số và có thể được sử dụng thay cho chiết áp cơ học hoặc DAC trong một số mạch. Trong khi mỗi mạch ứng dụng có những sắc thái cụ thể riêng (đôi khi thay đổi theo thời gian và công nghệ), các mạch tính đến phần bù DC thường sử dụng những điều cơ bản giống nhau. Bài viết này thảo luận về các mạch điều chỉnh bù DC khác nhau cho các op amp và những ưu nhược điểm của từng loại.

Trong một số hệ thống, điện áp bù DC ở đầu vào sẽ gây ra lỗi đáng kể cho đầu ra. Điều này đặc biệt đúng trong các cấu hình khuếch đại cao. Một mạch điều chỉnh bù có thể được thêm vào để “vô hiệu hóa” điện áp bù, làm cho các giai đoạn khuếch đại cao trở nên thực tế ngay cả với điện áp bù đầu vào đáng kể. Một số op-amps cung cấp điều chỉnh độ lệch bên trong thông qua một chân cắm chuyên dụng; đối với các thiết bị này, chiết áp được sử dụng . Các mạch ứng dụng sau đây sử dụng điều chỉnh bù bên ngoài cho các op amp không có chân điều chỉnh bù chuyên dụng.

Mạch tương đương Thevenin

Trong một số mạch được trình bày, EPOT được sử dụng như trong Hình 1 . . Mạch có thể được đơn giản hóa bằng cách thay thế  EPOT bằng mạch Thevenin tương đương.

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 1. Tương đương của mạng điện trở bù EPOT.

Các phương trình này có thể được đơn giản hóa hơn nữa với các giả thiết rằng R2 << R1 và Re << R1. Với các giả thiết này,

Rth = ~ R2 và
Vos = ~ (Vn + (Vp-Vn) N) × (R2 / R1).

Mạch bù EPOT có thể được xem như một nguồn điện áp có trở kháng nguồn là R2. Nếu trở kháng Rth là một vấn đề trong cấu hình op-amp nhất định, nó có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng bộ khuếch đại đệm. Ví dụ, hãy nhìn vào MAX4165, có trở kháng đầu ra là 0,1Ω. Tuy nhiên, trong hầu hết các cấu hình, trở kháng của Rth là không đáng kể.

Bộ khuếch đại đảo cơ bản – Điều chỉnh điện thế offset

Sơ đồ trong Hình 2 cho thấy một cách đơn giản để thêm điều chỉnh bù vào cấu hình đảo ngược cơ bản.

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 2. Bộ khuếch đại đảo cơ bản.

Vì cấu trúc liên kết này thực sự là một cấu hình bộ khuếch đại tổng với đầu vào điện áp điều chỉnh bắt nguồn từ EPOT, phạm vi điều chỉnh bù đầy đủ có sẵn được nhìn thấy ở đầu ra là dòng điện vào nhân với điện trở phản hồi hoặc ± Vos × (Rf / R1). Với Rf = 10K và R1 = 4,7M, dòng điện ± 3,2uA thu được, dẫn đến phạm vi điều chỉnh bù là ± 32mV.

Một cấu hình đảo khác sử dụng đầu vào không đảo để điều chỉnh độ lệch của thiết bị, như trong Hình 3 .

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 3. Đảo ngược w / offset trên đầu vào không đảo.

Một ưu điểm của phương pháp này là mạng điện trở bù độc lập với mạng phản hồi. Do đó, cấu hình này được ưu tiên trong các trường hợp trở kháng nguồn và dòng rò đầu vào yêu cầu sử dụng các giá trị rất lớn của Ri hoặc Rf (tức là các mạch khuếch đại rất cao). Trong mạch này, điện áp bù được thêm vào đầu ra là Vos (1 + Rf / Ri) trong đó Vos là điện áp tại đầu vào không đảo của op-amp. Phạm vi điều chỉnh đầy đủ cho Vos là ± 15V × R2 / (R1 + R2). Với R1 = 470kΩ và R2 được đặt thành 100Ω với 50kΩ, 32 tap, EPOT, phạm vi điều chỉnh đầy đủ là ± 3.2mW và mỗi bước là ~ 2mV. Sử dụng mạch tương đương Thevenin của Hình 1, có thể xác định cài đặt điện áp tương ứng với điều chỉnh EPOT nhất định. Để xác định ảnh hưởng của Rth đối với hệ thống, hãy nhân nó với dòng điện đầu vào của op-amp. Trong hầu hết các trường hợp,

Cấu hình không đảo – Điều chỉnh điện thế offset

Hình 4 cho thấy cấu hình bộ khuếch đại không đảo sử dụng EPOT để điều chỉnh bù. Vì điện trở Ri không được nối trực tiếp với đất nên các phương trình cho mạch này khá phức tạp. Bằng cách sử dụng phương pháp thay thế Thevenin và một giả định đơn giản hóa, việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều.

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 4. Bộ khuếch đại không đảo với EPOT để điều khiển bù offset.

Điện áp đầu ra của mạch này là:

Vo = Vin (1 + Rf / (Ri + Rth)) – Vos (Rf / (Ri + Rth))

Từ phương trình (1) ta thấy rằng Rth = R2. Và từ phương trình (2), Vos = ~ (Vn + (Vp-Vn) N) × (R2 / R1). Giả sử R2 << Ri, thì R2 có thể được bỏ qua. Sử dụng mạng tương đương Thevenin, mạch đơn giản hóa như trong Hình 5 .

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 5. Không nghịch lưu với điện áp bù.

Cấu hình không đảo để tăng độ lợi

Một cấu hình không đảo ngược thay thế được hiển thị trong Hình 6 . Một nguồn lỗi tiềm ẩn cho mạch này là lượng dòng điện bù được đưa vào (tức là tỷ lệ dòng điện bổ sung I R1 với dòng điện tính bằng Ri) thay đổi theo biên độ của tín hiệu đầu vào. Điều này là do cấu hình này buộc đầu vào đảo ngược vào bộ khuếch đại phải giống với tín hiệu đầu vào. Do đó, cấu hình này được khuyến nghị cho các hệ thống có độ lợi cao trong đó sự thay đổi điện áp tại cực đầu vào âm của amp op tương đối nhỏ, dẫn đến sự thay đổi nhỏ trong dòng điện I R1 .

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 6. Cấu hình bộ khuếch đại không đảo thay thế.

Cấu hình bộ khuếch đại vi sai

Hình 7 cho thấy một bộ khuếch đại vi sai được cấu hình để điều chỉnh độ lệch. Trong cấu hình tiêu chuẩn, điện trở Rf ‘được nối trực tiếp với đất. Thay vào đó, nếu nó được kết nối với nguồn điện áp lý tưởng, thì điện áp đó sẽ xuất hiện trực tiếp trên đầu ra dưới dạng bù.

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 7. Bộ khuếch đại vi sai.

Điện áp trên R2 là điện áp bù sẽ được thêm trực tiếp vào đầu ra của mạch được hiển thị. Nếu chúng ta coi R2 như một trở kháng không đáng kể so với Rf ‘, phương trình cho đầu ra trở thành:

Vo = -Vin × (Rf / Ri) + Vos

Trong đó Vos là điện áp trên R2 và có thể được tính bằng cách sử dụng tương đương Thevenin như được hiển thị trong Hình 1.

Trong các mạch thực tế, trở kháng nguồn tương đương được thêm vào bởi mạng bù EPOT sẽ làm tăng thêm sai số cho hệ thống. Điều này dễ dàng được minh họa bằng cách thay thế mạng điện trở bằng tương đương Thevenin của nó:

Hình 8 cho thấy cách trở kháng tương đương của Rth thêm vào sự mất cân bằng. Điều này có thể được bù đắp bằng cách điều chỉnh Rf ‘. Mặc dù vẫn có thể có một số không tuyến tính do Rth trên toàn bộ EPOT, trong hầu hết các trường hợp, vì Rth sẽ bị chi phối bởi R2, nên những điểm không tuyến tính này là không đáng kể.

 Điều chỉnh điện thế offset
Hình 8.khuếch đại vi sai với Thevenin tương đương của mạch bù offset.

Tóm lược – Điều chỉnh điện thế offset

Trong bài này, chúng tôi đã trình bày một số kiến ​​thức cơ bản về việc sử dụng EPOT để điều chỉnh bù trong các mạch op-amp đơn giản. Mặc dù bất kỳ hệ thống nhất định nào có thể không sử dụng các mạch này chính xác như được chỉ ra, nhưng các nguyên tắc được thảo luận sẽ hữu ích và cung cấp điểm khởi đầu cho một ứng dụng cụ thể.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here