Буферный усилитель с защитой входов от электростатических разрядов

Буферный усилитель-01

Высокоимпедансный быстродействующий буферный усилитель с широкой полосой пропускания


Буферный усилитель: для измерения некоторых параметров, таких как рН (кислотность) и биопотенциалы, требуются буферные усилители с высоким входным сопротивлением. Микросхемы усилителей с низкими значениями напряжений смещения и входных токов предлагают многие производители полупроводников, но при подключении кабеля датчика к схеме усилителя существует риск повреждения электростатическим разрядом (ESD), что требует соответствующей защиты буферного усилителя. Пример неудовлетворительного решения этой проблемы показан на Рисунке 1.

Буферный усилитель-1

Резистор R1 ограничивает ток, создаваемый ESD, а диоды D1A и D1B не позволяют входному напряжению усилителя IC1 превысить уровни шин питания. К сожалению, при шунтировании 400-мегаомного входного импеданса датчика рН даже диоды с малой утечкой, такие как MMBD1503A, выпускаемые ON Semiconductor, создают значительные напряжения смещения.
Альтернативный подход иллюстрируется схемой на Рисунке 2.

Буферный усилитель-2

Усилитель AD8603 компании Analog Devices с низкими входными токами и низкими токами смещения выполняет функцию входного буфера с единичным усилением. Для любого нормального входного сигнала выходное напряжение схемы Vout равно входному напряжению VIN. Поэтому напряжение на диоде защиты от электростатических разрядов D1A или D1B приближается к О В, и ток утечки ни одного из диодов не влияет на выходной сигнал датчика.

В зависимости от полярности ESD, приложенного к входному разъему схемы, высоковольтный пик разряжается через диод D1A или D1B на положительную или отрицательную шину питания. Конденсатор C1 работает как промежуточное «хранилище заряда», которое уменьшает скорость нарастания пика ESD и защищает выходной каскад микросхемы IС1 от защелкивания, пока диод D2A или D2B не начнет отводить ток ESD в положительную или отрицательную шину питания.

По сути, С1 компенсирует паразитную емкость D1.Резистор R3 обеспечивает устойчивость микросхемы IС1 при подключении емкостной нагрузки. Во время электростатического разряда проводить ток могут как D1, так и D2, но при этом входное напряжение VIN превышает напряжение шины питания только на два прямых напряжения диода. Резисторы R1 и R2 ограничивают входные токи усилителя ниже рекомендованного изготовителем максимального уровня 5 мА.

Читайте также:  Защитная блокировка: две кнопки обеспечивают безопасный запуск

Схема-3

При изготовлении схемы обращайте особое внимание на разводку печатной платы. Из-за несовершенства диэлектрических свойств платы могут возникнуть пути для паразитных токов утечки. Добавление медных проводников с обеих сторон платы для создания защитных колец вокруг высокоимпедансных узлов отклоняет токи утечки (Рисунок 3).