Bộ khuếch đại vi sai với đầu ra vi sai và dịch chuyển chế độ chung

Tóm tắt: Tôi muốn xây dựng một bộ khuếch đại vi sai với đầu ra vi sai, nhưng chuyển chế độ chung sang một mức khác với mức ban đầu.

Kiến thức hiện tại của tôi đưa tôi đến nay: Sử dụng bộ khuếch đại thiết bị 3-opamp truyền thống, giống như bộ khuếch đại trong hình ảnh này:

Bây giờ nếu bạn lấy hai opamp bên trái mà không có thứ ba, những cái đó đã cung cấp cho bạn gần như những gì tôi muốn, nghĩa là khuếch đại đầu vào vi sai và đưa ra một đầu ra khác biệt. Vấn đề duy nhất là nó duy trì chế độ chung của đầu vào. Thêm opamp thứ 3 ở bên phải, có thể dễ dàng dịch chuyển CM bằng cách thiên vị mặt đất của nó (thực tế đây là điều mà hầu hết các bộ khuếch đại đầu ra của một con chip đơn. -đã kết thúc.

Vì vậy, cách tốt nhất để giữ cả đầu ra khác biệt và dịch chuyển CM là gì? Một cách là, tôi đoán, chỉ lấy hai opamp bên trái của bộ khuếch đại thiết bị ở trên, và thay đổi mặt đất của từng bộ riêng biệt.

Một lựa chọn khác xuất hiện trong đầu tôi là chỉ lấy lại hai opamp bên trái và (sử dụng một ví dụ khi tôi muốn giảm một nửa CM) sử dụng hai lần mức tăng khi cần, sau đó chia mỗi đầu ra cho 2.

Thật không may, cả hai giải pháp này đều yêu cầu nhiều hơn (về số lượng) các điện trở được kết hợp cao với TCR thấp (Tôi đang cố gắng giữ cho nhiệt độ trôi của mạch rất thấp) và những điện trở này rất đắt.

Vì vậy, làm thế nào bạn sẽ đi về vấn đề này? Có lẽ việc sử dụng một bộ khuếch đại thiết bị là sự khởi đầu sai? Là một trong những giải pháp trên của tôi là cách "chuẩn" để thực hiện việc này, hoặc có các mạch tốt hơn cho mục đích này không?

EDIT: Làm rõ về điện trở phù hợp: Ý tôi là khớp chúng trong TCR, vì tôi đang hướng tới việc giảm thiểu sự trôi dạt nhiệt độ. Điều này có nghĩa là tôi cần ghép các điện trở trong TCR, không có giá trị tuyệt đối, để khi chúng trôi do nhiệt độ, chúng sẽ giữ nguyên tỷ lệ ban đầu của chúng. Trên thực tế tôi không quan tâm đến việc khớp các giá trị tuyệt đối (hầu như, tôi vẫn cần một chút so khớp để duy trì CMRR), vì hai lý do: 1) sự không phù hợp về giá trị tuyệt đối gây ra lỗi bù và tăng, cả hai đều dễ dàng hiệu chỉnh tại cấp độ hệ thống. Đo và điều chỉnh độ trôi nhiệt độ khó khăn hơn rất nhiều. 2) Dù sao, hầu hết các lỗi bù sẽ không tồn tại mà không cần hiệu chỉnh, bởi vì đây sẽ là một mặt trước của cảm biến và các lỗi bù sẽ bị loại bỏ do kích thích AC của cảm biến. Dù sao:

Đây là những gì OP muốn, một đầu ra khác biệt xung quanh chế độ chung đầu ra xác định, không có nhiều hơn, và trên thực tế, ít hơn, các điện trở chính xác.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu điện áp chế độ chung không khớp với đầu vào tại Vcm, thì OA3 điều khiển điện áp đầu vào vào cả hai đầu vào đảo ngược, có cùng mức tăng, điều này sẽ khiến cả hai điện áp đầu ra di chuyển cùng một lượng theo cùng một hướng, duy trì mức tăng chênh lệch hiện có , nhưng thay đổi chế độ chung cho đến khi không có lỗi.

Sự ổn định có thể là một vấn đề, vì có hai ampe trong vòng phản hồi. Tôi nghi ngờ sẽ dễ dàng ổn định bằng cách chặn băng thông OA3 và / hoặc tăng tốc OA1 / 2 một chút với một C nhỏ trên R3 và R5, có thể hoặc không thể mong muốn từ quan điểm hành vi khác biệt.

Lưu ý rằng các điện trở duy nhất cần được so khớp là R1 và R2, đặt hai đầu ra đầu ra được đặt ngang nhau xung quanh Vcm. Độ lợi vi sai chỉ là (R3 + R4 + R5 + R6) / (R4 + R6), nó không cần điện trở phù hợp, đây có thể là bốn điện trở giá trị tùy ý, tất nhiên để có được mức tăng chính xác. Tôi nhấn mạnh thực tế đó bằng cách đặt 4 giá trị chưa từng có vào sơ đồ cho các điện trở đó. Độ khuếch đại khuếch tán là 7 (21k / 7k), với các đầu ra được xử lý chính xác quanh Vcm vì R1 == R2 và OA3. Thử nó!

Bạn đã có những gì bạn muốn, chỉ cần bạn căn cứ vào đầu vào thay đổi cấp độ để đầu ra được tham chiếu đến mặt đất. Trong sơ đồ của bạn, điện áp ở đầu bên phải của R3 sẽ được thêm vào sự khác biệt của hai tín hiệu đầu vào.

Dễ hiểu hơn bằng cách nhìn vào một amp khác đơn giản hơn:

Cái này không

   OUT = (IN + - IN1) + OFS

Để xem điều này, hãy xem xét những gì xảy ra khi mỗi đầu vào được thay đổi với mọi thứ khác được giữ cố định.

Từ IN-, đây chỉ là một bộ khuếch đại đảo ngược đơn giản. Với IN + và OFS được giữ cố định, giá trị tham chiếu cần khuếch đại được giữ cố định. Độ lợi chỉ là -R3 / R1, là -1 nếu cả hai điện trở đều bằng nhau.

Từ đầu vào opamp +, đây chỉ là một bộ khuếch đại đơn giản với mức tăng dương (R3 + R1) / R1. Với cả hai điện trở bằng nhau, đó là 2. Để phù hợp với cường độ của mức tăng từ IN-, do đó tín hiệu IN + cần phải được giảm đi bằng 2. Đó là những gì R2 và R4 làm. Với OFS trên mặt đất, IN + được chia cho 2 trước khi được hiển thị cho đầu vào opamp +. Điều đó sau đó được khuếch đại lên 2, cho mức tăng ròng từ IN + đến OUT của +1.

Lưu ý rằng OFS và IN + hoạt động tương đương. Trong phương trình trên, tôi đã chỉ ra OFS là thêm phần bù vào tín hiệu đầu ra và IN + là đầu vào vi sai dương, nhưng về mặt toán học thì cả hai đều tương đương nhau.

Bạn đã lưu ý rằng mạch opamp ở bên phải chỉ là bộ khuếch đại khác biệt loại bỏ tín hiệu CM. Phân cực được gán tùy ý sao cho đầu vào đảo ngược được kết nối với đỉnh và không đảo xuống phía dưới.

Bạn có thể thực hiện những gì bạn muốn bằng cách sao chép toàn bộ bộ khuếch đại chênh lệch (bao gồm cả R2 và R3) nhưng đảo ngược cực tính trên mạch thứ hai.

Bạn đúng rằng cả hai đầu ra có thể bị sai lệch bằng cách thay thế các kết nối mặt đất bằng điện áp DC sạch.