Un resistore può compensare la deriva del guadagno di un amplificatore di misura

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 26 aprile 2010

Alcuni amplificatori tipicamente utilizzati nella strumentazione di misura sfruttano resistori esterni per settare il proprio guadagno. Sfortunatamente, la mancanza di accoppiamento fra i coefficienti di temperatura dei resistori esterni e di quelli interni può causare una deriva del guadagno che può anche essere un po’ elevata. Se però nel chip si dispone di un altro resistore libero, allora lo si può utilizzare proprio per compensare questa deriva di guadagno annullandone la dipendenza dalla temperatura.

Per esempio, l’amplificatore Analog Devices AD8295 ha una deriva che può arrivare fino a -50 ppm/°C pur essendoci a bordo un’apposita rete resistiva di compensazione detta Zero-Drift Gain-Setting Resistor. Si può, comunque, migliorare questa ottimizzazione usando due ulteriori resistori Zero-Drift insieme a quelli già presenti.

In questo dispositivo l’equazione del guadagno è la seguente: GAIN = 1 + 49400/RG. In pratica, si può assumere che per determinare il guadagno concorrano due resistori da 24,7 kΩ insieme al resistore esterno RG.

Fig. 1 - In questa configurazione la deriva del guadagno è cancellata al prim’ordine e il guadagno si divide esattamente fra quello dell’amplificatore di misura e quello dell’amplificatore A1

Tuttavia, nel chip sono disponibili anche due resistenze da 20 kΩ che, essendo quasi allo stesso valore delle prime due, hanno quasi certamente i medesimi coefficienti termici e sono, quindi, molto adatte per realizzare un circuito di compensazione del guadagno. Se nel circuito di figura 1 assumiamo che la resistenza propria dell’amplificatore RA e la resistenza esterna di guadagno RG siano entrambe di tipo Zero-Drift, otteniamo l’equazione:

  eq. 1

dove ∆ è la deriva dei resistori interni. Ma se assumiamo che

  eq. 2

allora la deriva può essere cancellata con approssimazione del prim’ordine e pertanto il guadagno globale si divide esattamente fra quello dell’amplificatore di misura e quello tipico dell’amplificatore A1. Risolvendo l’equazione su RG e RA troviamo che

  eq. 3

e che

  eq. 4

Va considerato che per guadagni maggiori di 100 la resistenza di amplificazione diventa maggiore di 90 kΩ, il che può essere problematico. In tal caso, è meglio usare A1 in configurazione invertente con guadagno di -1, come si vede nella figura 2.

Fig. 2 - Per guadagni superiori a 100 la resistenza di amplificazione diventa maggiore di 90 kΩ e in tal caso è meglio usare l’amplificatore A1 in configurazione invertente con guadagno -1

Con una resistenza di amplificazione di 10 kΩ si ottiene:

  eq. 5

Questo esempio compensa la RG considerando il peggiore caso possibile per la deriva. In questa configurazione se il guadagno è pari a 50 allora l’accoppiamento interno e la compensazione negativa della deriva possono compensare quasi tutto fino a far rimanere una deriva termica tipica di -1 ppm/°C. In ogni caso, il coefficiente di temperatura sul guadagno non può mai superare il massimo valore di 5 ppm/°C che è comunque dieci volte migliore di quanto indicato nelle specifiche del dispositivo.
 

Kenneth Gustafsson, Karlskoga



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