高電壓CMOS放大器利用單個(gè)IC實(shí)現(xiàn)高阻抗檢測(cè)

　　引言

　　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(lái)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?？梢钥紤]一下 LTC^®6090，這是一款精度在 mV 以內(nèi)并能處理超過(guò)140VP-P 信號(hào)擺幅的 CMOS 放大器，非常適合于解決上述問(wèn)題。

　　LTC6090 可輕松地解決高電壓檢測(cè)問(wèn)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(lái)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(guò)熱輸出標(biāo)記和輸出停用控制功能，因而無(wú)需額外的電路即可提供靈活的保護(hù)措施。

　　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。LT^®5400 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 比例版本是一種產(chǎn)生準(zhǔn)確 50V 校準(zhǔn)電源的簡(jiǎn)易方法，并無(wú)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(guò)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(méi)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(lái)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(lái)說(shuō)，電路負(fù)載的影響基本上是微不足道的 (< VOS)?？捎玫娜珨[幅頻率響應(yīng)超過(guò) 20kHz。

　　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。