Präzisionswiderstände Der passende Widerstand für Ihre Applikation

Stromspiegelschaltung als Referenzdesign

Spezifische Schaltungen, die Widerstände mit extremer Präzision erfordern, sind zu zahlreich, um sie alle aufzuführen. Ein gutes Beispiel für dieses Einsatzprofil ist in jedem Fall aber die Stromspiegelschaltung.

Die Funktion der Stromspiegelschaltung besteht darin, eine spezifische Stromquelle oder ein spezifisches Stromsignal so zu reproduzieren, abzuschwächen oder zu verstärken, dass der Ausgangsstrom der Eingabe entspricht, dieser jedoch mit einem konstanten Verstärkungsverhältnis A skaliert wird. Im Fall eines Verhältnisses von A = 1 verhält sich der Schaltkreis wie ein Puffer. Wenn die Verstärkung geringer als 1 ist, arbeitet der Schaltkreis als Abschwächer. Wenn die Verstärkung größer als 1 ist, arbeitet die Schaltung als Verstärker. Im gezeigten Kreis wird ein Stromsignal (Iref, das durch R1 geleitet wird) in den Stromspiegel eingegeben. Das Ausgabesignal ist in einer idealen Situation exakt dasselbe Signal, nur dass es mit einem Verstärkungsverhältnis von A = R1/R2 skaliert wird.

Das Verhältnis von R1/R2 muss während des gesamten Betriebes für diesen Schaltkreis konstant bleiben, um die genauste Reproduktion von Iref zu erreichen. Wenn sich das Verstärkungsverhältnis „A“ aufgrund von Widerstandsänderungen durch die Auswirkungen von Temperatur, Betriebsdauer, Betriebsleistung oder anderen Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit verändert, ändert sich der Ausgangsstrom Iout ebenfalls, sogar wenn Iref konstant bleibt. Die unerwünschten Verzerrungen des ursprünglichen Signals können als Rauschen oder Abweichung bezeichnet oder mit verschiedenen anderen Fehlerbegriffen benannt werden.

Im Fall des obigen Beispiels mit einem Verstärkungsverhältnis von 100 wird ein verhältnismäßig hoher Strom (500 mA, 2,5 W) an R2 angelegt, wenn der Eingangsstrom 5 mA beträgt, um die Eingangsspannungen des Operationsverstärkers auszugleichen. In diesem Fall kann R2 aufgrund von Selbsterwärmung sehr heiß werden. Das bedeutet, dass verschiedene Änderungen der erfassten Spannung aufgrund des Temperaturkoeffizienten des Widerstands, des Leistungskoeffizienten des Widerstands, der thermischen EMF-Erzeugung und des Stromrauschens erfasst werden, wodurch das Ausgangssignal verzerrt wird und nicht mehr die genaue Form des Eingangssignals darstellt.

Ein Beispiel für eine nicht standardisierte Lösung für diese Schaltung ist im Bild angegeben. Zwei Widerstände vom Typ VCS332Z Vishay Precision Group werden zur Gewährleistung der Stabilität von R1/R2 gewählt. Die Ausgangsklemmen wurden so konfiguriert, dass sie sich wie ein Spannungsteiler verhalten. Dabei wird die Selbsterwärmung des einen Widerstands genutzt, um den anderen Widerstand auf die gleiche Temperatur zu bringen, woraus ein identisches Ansprechverhalten zur Beibehaltung des Verhältnisses resultiert. Der VCS332Z wurde wegen seines sehr niedrigen TCR gewählt, um Änderungen aufgrund der Raumtemperatur zu negieren, sowie wegen seines niedrigen Leistungskoeffizienten des Widerstandes (PCR), um Verhältnisänderungen bei plötzlich angelegter elektrischer Leistung zu verringern.