Компенсация температурного дрейфа усиления оптрона

J Michael Zias

При использовании оптронов в линейных приложениях необходимо учитывать температурные дрейфы их коэффициентов передачи тока (усиления). Традиционные устройства с одно- и двухтранзисторным выходом имеют заметную зависимость усиления от температуры. В последние годы появилось несколько оптопар с температурной компенсацией. Однако есть еще один вариант – использовать две оптопары или сдвоенную оптопару с соответствующей обратной связью, чтобы дрейф одного устройства компенсировал дрейф другого.

Рисунок 1.	Используя два оптоизолятора вместо одного, можно компенсировать температурный дрейф усиления.

Схема на Рисунке 1 выполняет эту задачу с помощью дифференциального усилителя, дрейф которого рассматривается как синфазный сигнал. В процессе работы представляет интерес подача на вход сигнала постоянного тока и использование цифровых вольтметров для одновременного наблюдения выходных сигналов каждой оптопары и дифференциального усилителя. Воспользовавшись феном, вы сможете увидеть, как быстро меняются напряжения на отдельных выходах, в то время как выходное напряжение усилителя смещается намного медленнее. Такой результат наблюдается даже с оптопарами разных производителей. С оптопарами одного типа можно увидеть хорошее подавление дрейфа. Компоненты от одного производителя и сдвоенные устройства дают отличные результаты. При необходимости соблюдения требований безопасности в части высоковольтных промежутков, вместо сдвоенных оптопар можно использовать отдельные устройства.

Рисунок 2.	Теория системы управления с обратной связью объясняет принцип работы схемы на Рисунке 1.

Чтобы проанализировать этот метод в терминах систем управления, рассмотрим Рисунок 2, на котором один усилитель (а) находится в тракте прямого прохождения сигнала, а другой усилитель (b) – в цепи обратной связи. Рассмотрим также следующее выражение для коэффициента усиления GAIN:

где a/b – идеальный коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной связи, который умножается на член, учитывающий ошибку петлевого усиления. Принимая во внимание малость этого члена (из-за большого коэффициента усиления A операционного усилителя), коэффициент усиления системы можно считать равным отношению коэффициентов усиления (коэффициентов передачи тока) двух оптопар.

Также можно легко вывести это соотношение, сделав напряжения на входах операционного усилителя одинаковыми. В этом случае подлежащими анализу сигналами будут токи, которые прецизионные резисторы преобразуют в напряжения. Использованные в этой схеме оптопары не отличаются высоким быстродействием, поэтому при отсутствии конденсатора обратной связи (2200 пФ) фазовые задержки могут привести к самовозбуждению усилителя. Его емкость следует подбирать эмпирически, подавая на вход импульсы и наблюдая на выходе времена нарастания и величину выбросов.

1. Datasheet Fairchild H11AV1
2. Datasheet Texas Instruments LM358