Analogtipp Mehrbereichs-Stromquelle mit großem Eingangsgleichtaktbereich

In Anwendungen, die einen bidirektionalen Ausgangsstrom benötigen, können wegen der unidirektionalen Ausgänge keine einfachen Stromquellen oder Stromsenken verwendet werden. Für diese Art von Applikationen sind Strompumpen erforderlich, die Strom in beide Richtungen liefern. Der folgende Schaltungstipp zeigt, wie sich ein zweikanaliger Differenzverstärker als präzise Strompumpe nutzen lässt.

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Die abgebildete Mehrbereichs-Stromquelle bietet gegenüber diskreten Lösungen mehrere Vorteile. Dazu gehören kleinere Abmessungen, eine höhere Genauigkeit sowie eine niedrigere Drift. Der zweikanalige Differenzverstärker AD8277 enthält ein Netzwerk mit vier, per Laser abgeglichenen Widerständen (R = 40 kΩ). Als externe Bauteile werden lediglich Widerstände zum Einstellen der Verstärkung benötigt (RGx).

Verstärker A ist für den Verstärkungsfaktor Eins konfiguriert. Damit steht zwischen den Ausgängen Out1 und Out2 die Eingangsspannung Vin zur Verfügung. Verstärker B ist als Pufferverstärker konfiguriert und liefert die Spannung Vin über RGx. Dies bewirkt, dass der Ausgangsstrom am Knoten OUT unabhängig von der Last ist.

Die Übertragungsfunktion der Schaltung lautet Iout = Vin / RGx.

RGx ist der die Verstärkung bestimmende Widerstand, dessen Wert je nach gewünschtem Ausgangsstrom gewählt wird. Der maximale Ausgangsstrom sollte unter 12 mA liegen.

Der eingangsseitige Gleichtaktspannungsbereich ist fast doppelt so groß wie die Versorgungsspannung. Dies ist auf das Verhältnis zwischen den Eingangs- und Rückkopplungswiderständen von 1:1 zurückzuführen. Die Schaltung kann somit Eingangsspannungen tolerieren, die größer sind als die Versorgungsspannung.

Verstärker B weist eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung auf. Dies minimiert den Systemfehler. Ohne einen externen Leistungsverstärker können Source- und Sink-Ströme von 12 mA (max.) erzeugt werden. Die Schaltung lässt sich mit einem Pufferverstärker erweitern, falls höhere Ausgangsströme benötigt werden. Die abgebildete Schaltung erzielt eine Nichtlinearität von weniger als 10 ppm über einen Eingangsbereich von –10 bis 10 V mit einer Versorgungsspannung von ±15 V.

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