單電源42V系統(tǒng)差分放大器AD8205：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，常常需要處理在大共模電壓下放大小差分電壓的問(wèn)題。今天要給大家介紹一款出色的單電源差分放大器——Analog Devices的AD8205，它在電流檢測(cè)等應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。

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一、AD8205的突出特性

1. 適應(yīng)電流檢測(cè)應(yīng)用

AD8205非常適合電流分流應(yīng)用，具有很寬的共模電壓范圍。其工作共模電壓范圍為 -2V 至 +65V，生存共模電壓范圍更是達(dá)到 -25V 至 +75V，這使得它在復(fù)雜的電氣環(huán)境中能穩(wěn)定工作。

2. 穩(wěn)定的增益和寬溫度范圍

固定增益為 50V/V，且在不同溫度等級(jí)下有良好表現(xiàn)。Y 和 W 級(jí)的工作溫度范圍是 -40°C 至 +125°C，H 級(jí)則可在 -40°C 至 +150°C 的高溫環(huán)境下正常工作，滿足了多種工業(yè)和汽車應(yīng)用的需求。

3. 雙向操作能力

支持雙向操作，可用于測(cè)量雙向電流，這在一些需要監(jiān)測(cè)正反向電流的應(yīng)用中非常實(shí)用。

4. 優(yōu)秀的AC和DC性能

偏移漂移僅 15μV/°C，增益漂移為 30ppm/°C，在直流至 20kHz 的頻率范圍內(nèi)共模抑制比（CMRR）達(dá)到 80dB，能有效抑制共模干擾，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

二、詳細(xì)的規(guī)格參數(shù)

1. 增益與精度

初始增益為 50V/V，在 25°C 且輸出電壓 (VO ≥ 0.1V{dc}) 時(shí)，增益精度為 ±1%。在指定溫度范圍內(nèi)，增益精度變化不超過(guò) ±1.2%，增益隨溫度的變化率為 ±30ppm/°C。

2. 輸入特性

輸入失調(diào)電壓在 25°C 時(shí)為 ±2mV，在全工作溫度范圍內(nèi)最大為 ±4.5mV，失調(diào)漂移為 15μV/°C。差分輸入阻抗為 400kΩ，共模輸入阻抗為 200kΩ，輸入電壓范圍的共模部分為 -2V 至 65V，差分部分為 ±100mV（半量程偏移時(shí)）。

3. 輸出特性

輸出電壓范圍在負(fù)載電阻 (R_L = 25kΩ) 時(shí)為 0.05V 至 4.8V，輸出電阻較小。

4. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)

小信號(hào) -3dB 帶寬為 50kHz，壓擺率為 0.5V/μs，能快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。

5. 噪聲性能

在 0.1Hz 至 10Hz 頻率范圍內(nèi)，輸入?yún)⒖荚肼暈?20μVp-p，1kHz 時(shí)的頻譜密度為 0.5μV/√Hz。

6. 電源相關(guān)參數(shù)

工作電源范圍為 4.5V 至 5.5V，靜態(tài)電流在不同溫度等級(jí)下有所不同，Y 和 W 級(jí)不超過(guò) 2mA，H 級(jí)不超過(guò) 2.2mA，電源抑制比為 70dB。

三、工作原理剖析

AD8205采用獨(dú)特架構(gòu)，通過(guò)輸入衰減網(wǎng)絡(luò)和兩級(jí)放大來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小差分電壓的精確放大。輸入衰減網(wǎng)絡(luò)由 (R_A)、(R_B) 和 (R_C) 組成，將共模電壓降低以匹配第一級(jí)放大器 A1 的輸入范圍，輸入衰減比為 1/16.7。A1 對(duì)衰減后的信號(hào)進(jìn)行 26 倍放大，A2 將 A1 的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)并進(jìn)一步放大 32.15 倍，總增益達(dá)到 50V/V。參考輸入 VREF1 和 VREF2 可用于調(diào)整輸出偏移，方便實(shí)現(xiàn)不同的輸出配置。

四、輸出偏移調(diào)整方式

1. 單向操作

• 接地參考輸出：將 VREF1 和 VREF2 都接地，輸入差分電壓為 0V 時(shí)，輸出位于負(fù)軌附近（約 0.05V），輸入為 100mV 時(shí)，輸出達(dá)到 4.8V。
• V+參考輸出：把兩個(gè)參考引腳都連接到正電源，輸入為 0V 時(shí)輸出為 4.8V，輸入 100mV 時(shí)輸出降至 0.05V。

2. 雙向操作

通常將輸出設(shè)置在半量程（如 (V_+=5V) 時(shí)，(V_o = 2.5V)），以實(shí)現(xiàn)雙向電流測(cè)量。通過(guò)向參考輸入施加電壓來(lái)調(diào)整輸出。

3. 外部參考輸出

將 VREF1 和 VREF2 連接在一起并接到參考電壓，無(wú)差分輸入時(shí)輸出為參考電壓，輸入為負(fù)時(shí)輸出從參考電壓下降，輸入為正時(shí)輸出上升。

4. 電源分割和外部參考分割

• 電源分割：一個(gè)參考引腳接 V+，另一個(gè)接地，無(wú)差分輸入時(shí)輸出為電源電壓的一半，且輸出與電源成比例，不受電源波動(dòng)影響。
• 外部參考分割：一個(gè) VREF 引腳接地，另一個(gè)接外部參考電壓，可將外部參考電壓精確地二分。

五、典型應(yīng)用電路

1. 帶低端開關(guān)的高端電流檢測(cè)

適用于 PWM 控制的電磁閥應(yīng)用，如液壓傳動(dòng)控制和柴油噴射控制。開關(guān)接地，電感負(fù)載接電源，電阻分流器置于開關(guān)和負(fù)載之間。這種配置能測(cè)量包括再循環(huán)電流在內(nèi)的全部電流，還能檢測(cè)接地短路故障。

2. 帶高端開關(guān)的高端電流檢測(cè)

開關(guān)和分流器都位于高端，可減少電磁閥意外啟動(dòng)和過(guò)度腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。開關(guān)斷開時(shí)，可防止負(fù)載接地短路損壞，同時(shí)仍能測(cè)量再循環(huán)電流并進(jìn)行診斷。

六、封裝與訂購(gòu)信息

AD8205采用 8 引腳 SOIC 封裝，有多種溫度等級(jí)和包裝選項(xiàng)可供選擇。其中，AD8205WYRZ 和 AD8205WHRZ 為汽車級(jí)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的制造控制，以滿足汽車應(yīng)用的質(zhì)量和可靠性要求。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，大家可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇 AD8205 的型號(hào)和配置方式。那么，你在工作中有沒(méi)有遇到過(guò)類似需要處理大共模電壓下小差分信號(hào)放大的問(wèn)題呢？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。