Давно не писал, пора наверстывать. Запускаю рубрику #косяки — тут буду делиться ошибками, которые заставляли краснеть своей тупостью или вгоняли в стресс своей неочевидностью 🤦‍♂️

I Ситуация 😫
Спроектировал измеритель тока (80 Гц; ±2 А) на шунтe: дифф-усилитель + смещение (виртуальный ноль), чтобы мерить ток в обе стороны. Смещение дал делителем прямо на «плюс» ОУ. Получил плату. Ждал ровные 1,65 В (половина питания 3,3 В), а увидел колебания 1,65 ± 0,25 В в такт входному сигналу и насыщение (фото "BEFORE (1)"). Причина прозаична: не согласовал импеданс делителя с импедансом цепи обратной связи ОУ. Банально проморгал. Всегда моделируйте!

II Что такое согласование импедансов? ✍️
Упрощенно в схемах НЧ я люблю представлять импеданс как величину тока (I = V/Z), который способна выдать схема (выходной импеданс) или который схема потребляет (входной импеданс):
1) "Высокий" выходной импеданс → схема выдает "маленький" ток.
2) "Низкий" входной импеданс → схема потребляет "большой" ток.
(поместил в кавычки, так как разница познается в сравнении токов друг с другом)
Выбор соотношения этих токов и является согласованием (в аудио и НЧ). В RF/ВЧ схемотехнике при "согласовании" добиваются равенства импедансов.

III Как их согласовывать? 💔
1) Если нужно, чтобы смещение накладывалось на сигнал → источник смещения должен выдавать на порядки больший ток, чем цепь сигнала потреблять (мой случай и всегда при создании виртуальных земель)

2) Если нужно, чтобы смещение было невидимым для сигнала → возможный ток источника смещения должен быть на порядки меньше потребляемого сигналом тока (например при детектировании отрыва антенны/датчика от разъема)

IV Что в моем случае? 😮
Чтобы не возиться с токами в двух плечах, представим делитель как эквивалент Тевенина — идеальный источник + последовательное сопротивление:
Vэкв = 3,3 В / 2 = 1,65 В
Rэкв = Rtop∥Rbot = 5 кОм (получаем выходное сопротивление)
1) С делителя мы можем максимум забрать: I=1.65 В / 5 кОм = 330 µA
2) Пиковое потребление в цепи обратной связи: Iload=50 µA (пик положительной полуволны, смотрел в LTspice)
Запас по току ≈ 7 : 1. Для виртуальной земли этого мало — нужно хотя бы на порядок.
Чтобы получить наблюдаемые колебания ±0,25 B, надо помножить вых.сопротивление на пиковый ток U=Iload x Rэкв = 50 µA x 5 кОм = 0.25 В.

V Как обеспечить надежное смещение? 💡
1) Вариант "и так сойдет" - уменьшить ток обратной связи: увеличить на порядки сопротивления резисторов в цепи обратной связи (фото "AFTER (1)"). Амплитуда колебаний напряжения смещения уменьшится, но также уменьшится точность из-за шумов больших сопротивлений и увеличения входного тока смещения. Подойдет, если нет требований к точности и ограниченный бюджет с местом на плате.

2) Вариант оптимальный - поднять ток делителя: подать смещение с делителя не напрямую, а через ОУ-повторитель: его вход почти ничего не потребляет (мегаомы) и не окажет влияние на сигнал с делителя, а выход способен качать миллиамперы и состыкуется с токами в цепи обратной связи (фото "AFTER (2)"). Надежно, просто и сердито - рекомендую.

3) Вариант элитный - поднять ток схемы смещения: убрать делитель и поставить микросхему опорного напряжения с mA-классом выходного тока (фото "REF (3)"). Мой любимый вариант, если серия небольшая и есть бюджет на компоненты.

@embeddemy #косяки #импеданс #LTspice #измерение_тока