Un amplificador CMOS de alto voltaje permite la detección de alta impedancia con un solo IC

Introducción

Para medir voltajes con precisión, se debe minimizar la influencia de conectar el instrumento al circuito bajo prueba. Los voltímetros digitales típicos (DVM) usan redes de resistencias de 10 M para mantener los efectos de carga en un nivel discreto, pero incluso esto puede introducir un error significativo, especialmente en circuitos de alto voltaje con alta resistencia.

La solución es usar amplificadores de alta impedancia en una configuración de medidor electrónico, de modo que solo una pequeña corriente de entrada del amplificador provenga del nodo de prueba. Para mantener la corriente de entrada lo más baja posible, tradicionalmente se utilizan transistores de efecto de campo (FET) en las entradas de estos circuitos. Los FET suelen ser dispositivos de bajo voltaje e introducen una incertidumbre de compensación de voltaje que es difícil de eliminar. Hay amplificadores monolíticos que incorporan entradas FET, pero a menudo son dispositivos de muy bajo voltaje, especialmente aquellos que utilizan métodos de fabricación típicos de CMOS, por lo que sus usos están limitados en aplicaciones de alto voltaje. Ingrese al LTC6090, un amplificador CMOS que puede manejar más de 140 Vpolipropileno la señal oscila con una precisión de sub-mV, lo que es ideal para resolver el problema.

El LTC6090 resuelve fácilmente los problemas de detección de alto voltaje

El LTC6090 combina un conjunto único de características en un solo dispositivo. Sus características de diseño CMOS brindan lo último en alta impedancia de entrada y oscilación de salida «riel a riel», pero a diferencia de los componentes CMOS típicos que pueden funcionar a 5 V, el LTC6090 puede operar con suministros de hasta ±70 V. El dispositivo también puede mantener su posición en el régimen de pequeña señal, con una típica VSE por debajo de 500 μV y una densidad de voltaje a ruido de 11 nV/√hercios, produciendo un gran rango dinámico. La operación de alto voltaje viene con el potencial de una disipación de energía significativa, por lo que el LTC6090 está disponible en paquetes SOIC o TSSOP térmicamente mejorados. Incluye un indicador de sobretemperatura de salida y un control de desactivación de salida que proporciona medidas de protección flexibles sin circuitos adicionales.

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Referencia precisa 50.00V

El LTC6090 es capaz de niveles de salida de 140 V en funcionamiento con un solo suministro, por lo que es muy sencillo amplificar una referencia de 5 V de calidad para usar redes de resistencias de precisión para mantener la precisión. La red de resistencias de precisión del LT5400 maneja voltajes de hasta 80 V, por lo que usar la versión de relación 10:1 para una ganancia de 10 es una manera fácil de producir una fuente de calibración precisa de 50 V sin necesidad de ajustes. La figura 1 muestra un circuito que amplifica la referencia LT6654A de 5000 V a 50 V con una precisión superior al 0,1 %. El circuito puede funcionar de 55 V a 140 V, y la fuente de alimentación portátil opcional que se muestra en la Figura 2 proporciona un voltaje de suministro útil de 65 V.

Figura 1. Referencia de precisión de alto voltaje.

El LTC6090 está configurado con una capacitancia de salida de 1 μF para brindar una excelente respuesta de paso de carga. La capacitancia se aísla del amplificador de amplificación con una resistencia que forma un filtro eficaz de reducción de ruido para frecuencias superiores a 700 Hz. La red de resistencias de precisión LT5400A-3 proporciona resistencias adaptadas al 0,01 % 10k/100k que, junto con la falta de carga en la parte alta . Impedancia de entrada del amplificador CMOS, como un factor de amplificación muy preciso. El voltaje de compensación de entrada del LTC6090 contribuye con <0,03 % de error, mientras que el LT6654A contribuye con <0,05 %. Todo el circuito de la Figura 1 consume alrededor de 4 mA de corriente de reposo y puede impulsar cargas de 10 mA.

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Búfer único para señales grandes

El LTC6090 funciona como un amplificador operacional de ganancia unitaria convencional, por lo que construir una etapa de búfer de grado electrométrico es tan simple como proporcionar un 100 % de retroalimentación con el circuito clásico de ganancia unitaria. No se necesitan FET discretos ni fuentes de alimentación con polarización flotante.

Como se muestra en la Figura 2, el LTC6090 se puede manejar fácilmente con una fuente de alimentación separada, como una pequeña fuente de batería de conversión indirecta. Este circuito básico puede proporcionar una medición de voltaje precisa en circuitos de alta impedancia y manejar con precisión oscilaciones de señal dentro de los 3 V de cualquiera de los rieles de suministro (±62 V en este caso). Con una corriente de fuga de entrada típicamente inferior a 5 pA, la carga del circuito es esencialmente discontinua (< VSE) para impedancias de fuente cercanas a un gigaohmio. La respuesta de frecuencia es útil a toda velocidad por encima de 20 kHz.

Figura 2. Una sonda de búfer para un voltímetro digital.

Conclusión

El LTC6090 es un amplificador CMOS de alto voltaje único y versátil que permite soluciones simplificadas de amplificación de rango dinámico muy amplio de alta impedancia y/o oscilación de señal grande.

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