Necesita ayuda para comprender los esquemas en la hoja de datos LT1019

El propósito de A1 no es producir -5V, una versión duplicada de la referencia de +5V. Es para mantener el voltaje en la parte superior del "elemento activo" exactamente a 0V. Esto se puede entender sabiendo que la retroalimentación negativa hace que el opamp iguale sus dos potenciales de entrada (uno de los cuales se mantiene en tierra), ajustando su salida para que así sea.

En el caso en que el "elemento activo" sea exactamente 350 Ω, esto también hace que A1 emita -5 V, ya que la ruta de la izquierda del puente ahora se divide exactamente por 2.

A medida que el elemento activo cambia su resistencia, A1 modula el voltaje en la parte inferior del puente para que el nodo superior del elemento se mantenga en 0V.

Nunca había visto hacer esto antes, y me intrigó, así que lo analicé para probar la afirmación de linealidad. Lo que tenemos es este puente:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El cruce del camino izquierdo (que contiene el elemento inferior, activo,$R_E$) es el punto A, mantenido a 0V por el opamp. En la parte superior del puente, el punto X, es el potencial de excitación$V_X$. El opamp está controlando$V_Y$, el voltaje en Y, el nodo inferior del puente. También,$R_1 = R_2 = R_3$.

Deseamos saber el voltaje a través del puente.$V_B$.

El potencial$V_Y$es el voltaje que se necesita para producir 0 V en A. Esto se establece aquí:

$$V_A = V_Y + (V_X - V_Y) \frac{R_E}{R_E + R_1} = 0V$$

Reorganizar para hacer$V_Y$el tema:

$$\begin{aligned} V_Y - V_Y (\frac{R_E}{R_E+R_1}) &= -V_X (\frac{R_E}{R_E+R_1}) \newline \newline V_Y (1 - \frac{R_E}{R_E+R_1}) &= -V_X \frac{R_E}{R_E+R_1} \newline \newline V_Y &= -V_X \frac{\frac{R_E}{R_E+R_1}}{1-\frac{R_E}{R_E+R_1}} \newline \newline &= -V_X \frac{R_E}{R_1} \end{aligned}$$

Desde$R_2 = R_3$,$V_B$está a mitad de camino entre$V_X$y$V_Y$:

$$\begin{aligned} V_B &= \frac{V_X + V_Y}{2} \newline \newline &= \frac{V_X - V_X \frac{R_E}{R_1}}{2} \newline \newline &= V_X \frac{1}{2} (1 - \frac{R_E}{R_1}) \end{aligned}$$

Desde$V_X$es constante a 5V, esto en realidad produce un voltaje a través del puente que varía linealmente con$R_E$, y que es cero cuando$R_E = R_1$. Impresionante, al menos para mí.

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Edición 1: en la corriente del elemento activo

Noté que A1 y la resistencia de 350 Ω proporcionan una corriente constante a través del elemento activo. Es más fácil ver si vuelvo a dibujar esas partes así:

^{simular este circuito}

Desde esta perspectiva, es fácil ver que con una corriente constante a través$R_E$, obviamente, la salida opamp será indirectamente proporcional a la resistencia de$R_E$.

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Edición 2 - En las resistencias de 357Ω

Tiene razón acerca de que los 357 Ω ayudan al regulador LT1019 al elevar el punto X más cerca de +5 V, lo que alivia al regulador de la carga de proporcionar toda la corriente necesaria para hacerlo. Sin embargo, quería averiguar el voltaje exacto en X que crearía esta resistencia, sin ningún tipo de regulador. Eso no es trivial, y admito que hice trampa aquí, usando el simulador para derivar el voltaje en X, en lugar de hacer el álgebra:

^{simular este circuito}

Traer$V_X$hasta 5 V desde 4,93 V, el regulador claramente tiene que generar una pequeña corriente. Hay un gráfico de "Regulación de carga" en la página 5 de la hoja de datos LT1019 a la que se vinculó:

Este chip es bastante capaz de generar y hundir 10 mA, pero es mejor para generar que para hundir. Además, el error de regulación es lineal desde 0 mA en adelante, pero si alguna vez la salida se cruza entre fuente y sumidero, hay una torcedura en la curva que introducirá una no linealidad sutil. Tiene sentido mantener el suministro del dispositivo lejos de esa región de distorsión cruzada.

En mi edición anterior, mostré que la corriente en el camino izquierdo del puente será constante de 14 mA, pero la corriente en el camino derecho variará hasta cierto punto, centrada en 14 mA (porque tiene la misma resistencia de 2 × 350 Ω entre X e Y) pero subiendo o bajando ligeramente como$V_Y$cambios.

Normalmente debe calcular las excursiones máximas de$V_Y$(correspondiente a los extremos esperados de$R_E$) por encima y por debajo de -5V para calcular los límites superior e inferior de la corriente en el camino correcto. Sin embargo, puedo adivinar esto, dado que la etapa del amplificador diferencial (A2) tiene una ganancia de 100.

Asumiré que una oscilación de salida de ± 15 V corresponde a una entrada de ± 0,15 V en B, que a su vez corresponde al doble en$V_Y$(debido a la reducción a la mitad por el divisor 350Ω+350Ω).

$$V_Y = -5V ±0.3V$$

La corriente en el camino correcto variará entre:

$$\frac{5V - (-5V \pm 0.3V)}{2 \times 350\Omega} = 14.3mA \pm 0.5mA$$

Agregue la corriente de la ruta izquierda, y obtenemos una corriente total que se extraerá del punto X (y regresará a Y, por supuesto) de aproximadamente$28.6mA \pm 0.5mA$

Por lo tanto, el diseñador quiere que el LT1019 genere una pequeña cantidad de corriente (significativamente menos de 10 mA), pero no tan pequeña como para que la variación de ±0,5 mA haga que se acerque a cero.

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Edición 3 - En el amplificador diferencial

Finalmente llegué a mirar A2, y la afirmación de que no carga el puente. Esa parte del circuito inicialmente se ve así:

^{simular este circuito}

Hay algunas aproximaciones que nos permiten reducir eso a algo mucho más simple. Para empezar, sabemos que$V_A = 0V$. También podemos decir que$V_P = V_Q$, debido a la acción opamp bajo retroalimentación negativa.$R_4$y$R_5$tienen 0V a través de ellos, no consumen corriente, están dividiendo 0V por algo, para producir$V_Q = 0V$. Todo esto nos permite hacer esta afirmación:

$$V_P = V_Q = V_A = 0V$$

Todo se reduce a:

^{simular este circuito}

Bajo esas suposiciones, este es solo un amplificador inversor regular con salida:

$$V_Z = -V_B \frac{R_3}{R_2}$$

Las corrientes son fáciles de calcular, dada la idealización habitual de que las entradas opamp tienen una resistencia infinita, sin extraer corriente:

$$I_B = \frac{V_B}{R_2}$$ $$\begin{aligned} I_A &= -\frac{V_Z}{R_6} \newline \newline &= V_B \frac{R_3}{R_2 R_6} \end{aligned}$$

Como dice el autor, deberíamos tener$R_3 = R_6$, por lo que se simplifica a:

$$I_B = V_B \frac{1}{R_2} = I_A$$

Lo que esto significa es que las entradas del amplificador diferencial extraen la misma corriente de cada lado del puente. Técnicamente, esto no es "sin carga", pero evita que el puente se desequilibre.

Hicimos la suposición de que$V_A = 0V$, pero, estrictamente hablando, será ligeramente distinto de cero, en una cantidad igual al voltaje de compensación de entrada de A1. Su efecto sobre la condición.$I_B = I_A$será despreciable, ya que la corriente consumida por$R_4$y$R_5$debido a meros milivoltios en A será pequeño en comparación con los muchos miliamperios en los elementos del puente.

La última afirmación es que el amplificador diferencial cancela el voltaje de compensación y la deriva de entrada de A1. Si esto es cierto o no, no es inmediatamente obvio para mí, pero confiaré cautelosamente en la afirmación y dejaré la explicación a otra persona.

Si consideramos solo las 4 resistencias del puente, con una sola variable, la variación de voltaje diferencial será no lineal (independientemente de si el puente es alimentado por una fuente de corriente o de voltaje).

Que op. amperio. intenta lograr es que mantiene el nodo Vaa (abajo) cerca de 0V, lo que significa que la resistencia R8 tendrá una corriente constante. Con eso, el voltaje a través de R10 variará linealmente con la variación de resistencia.

Si la corriente por R8 y R10 permanece prácticamente constante, y la corriente por R7 tampoco cambia (considerando que el +15V tiene una buena regulación de carga), la corriente por R9 y R11 cambia linealmente.

Entonces, idealmente, el voltaje diferencial se vuelve linealmente dependiente del valor de la resistencia variable.

El circuito idealizado a continuación intenta mostrar que al exagerar la variación de la resistencia:

Siento que las otras respuestas son demasiado largas.

En cuanto a por qué A1 está allí. En esta nota de la aplicación se explica cómo mantener un nodo del puente en tierra virtual .

Un puente está calibrado para que el voltaje de salida diferencial sea alrededor de cero. Es de menor importancia que el voltaje de salida de modo común sea exactamente la mitad del voltaje de suministro. Eso significa que si conduce la parte superior del puente a exactamente 5 V y la parte inferior a exactamente -5 V, las salidas probablemente estarán desconectadas de tierra en la misma dirección, lo que necesita que el amplificador tenga más CMRR de lo que sería necesario si un nodo de salida se mantiene en el suelo.

En cuanto a la linealidad, si solo cambia una pierna, entonces el voltaje será más lineal con respecto a su resistencia si la corriente a través de él no cambia. Y este circuito hace exactamente eso.

En cuanto a la resistencia en paralelo con el LT1019. Aparte de los problemas de disipación, el LT1019 mantendrá el nodo etiquetado como 5V a 5V, esté o no presente la resistencia. Durante el funcionamiento, hay alrededor de 5 V en cada resistencia del puente. Entonces la referencia de voltaje tendría que suministrar 28mA. Para reducir la carga en la referencia, podemos suministrar los 28mA con una resistencia cuyo valor es (15V - 5V) ÷ 28mA = 350Ω.