Высокоточный входной делитель, Нетривиальные требования к тривиальной схеме Опции

[Vishv]

Доброго времени суток!

Я прошу помощи тех уважаемых специалистов, кто реально работал со схемами подобного класса точности.
Собственно суть вопроса:
Необходимо создать входной делитель вольтметра постоянного и переменного напряжения со следующими характеристиками:
1. Диапазон входных напряжений 0-1000 В (пределы : 200 мВ, 2 В, 20 В. 200 В, 650 В по постоянному и переменному напряжению).
2. Частотный диапазон 10 Гц - 100 кГц.
3. Точность по постоянке - 0,01%.
4. Точность по переменке - 0,1%.
5. Дрейф - не более 10 мкВ/8часов после прогрева на пределе 200 мВ (для других пределов - пересчитывается эквивалентно) после 0,5 часового прогрева.
6. Входное сопротивление - 10 МОм.
Питание задано - однополярное +5 В.
Управление входным делителем - электронное.
Исходная схема приведена в прикрепленном файле.
Собственно схема стандартная и применяется во многих измерительных устройствах.
Номиналы R1-R4 и C1-C4 примерно соответствуют требуемым. Номиналы R5-R8 и тип опера - от фонаря (см. ниже).
Каскад на ОУ имеет переключаемый коэффициент усиления - 1 и 10.
А теперь собственно вопросы:
1. Подскажите, если можно, тип ОУ удовлетворяющий вышеописанным требованиям (+ минимальный шум).
2. Какими должны быть номиналы резисторов R5-R8 (хотя бы порядок)?
3. Что применить в качестве S1-S5 (герконы, реле, электронные коммутаторы)?
4. Как защитить вход ОУ от перенапряжения в случае ошибочного подключения (тип защитного элемента) ?
Я также буду благодарен за ссылки на источники, описывающие устройства подобного класса.
PS. При поиске по Форуму, по AN AD и AN LT я не смог получить рекомендаций по этим вопросам, может быть просто не понял...

Прикрепленные файлы

 Vxod_att.pdf ( 16.72 килобайт ) Кол-во скачиваний: 171

 

[Vishv]

Уважаемые участники обсуждения!
Приятно, что предложенная тема Вас заинтересовала.
Видимо необходимо внести некоторые уточнения перед тем, как продолжить эту тему.
Итак:
1.Предполагаемый прибор является вольтметром постоянного и переменного напряжения, причем при измерении переменного напряжения используется RMC-DC преобразователь AD637. Дальше сигма-дельта АЦП и МК для управления, калибровки и т.д.
2. Прибор является лабораторным.
3. Заявленные мной в начале темы требования к входному каскаду являются предельными (то, чего мне очень хотелось бы достичь).
4. Естественно я понимаю, что готовое решение мне никто не предложит.
Теперь о двух главных проблемах с которыми я столкнулся:
1. АЧХ вольтметра имеет немонотонный характер, кроме того вид АЧХ зависит от амплитуды входного сигнала, что делает затруднительным обработку результатов измерений с целью линеаризации характеристики.
2. Противоречие между требованиями малого дрейфа и низкого уровня шумов при измерении постоянного напряжения (при применении AD8551 c зарезанной до 10 Гц полосой результаты получились более менее..) и необходимостью работать в широком частотном диапазоне при измерении переменного напряжения.
Я предполагаю, что первая проблема обусловлена наличием паразитных емкостей в схеме и конечными параметрами ОУ, но не могу оценить степень их влияния и соответственно "методы борьбы".
Разрешение второй проблемы мне видится в использовании "правильного" ОУ (или "хитрой" схемотехники) или простого разведения измерений постоянного и переменного напряжений по разным каналам начиная с входных клемм прибора (мне этот вариант не нравится).
Если кто-то поможет "пинком" в правильном направлении я буду благодарен.
Если кто-то может, поделитесь ссылками на схемы реальных приборов, пожалуйста.

[jam]

1. Доводилось иметь дело с ad637 - для него нужно двуполярное 15 вольт - зачем тогда требование однополярных 5 вольт
2. Погрешность будтет 1% и зависеть от формы сигнала до +10% на прямоугольниках.
3 . Если нужна точность больше можно взять 16битный ацп на мегагерц 10 и обрабатывать в цифре - но советовать тут легко , а сделать сложно.
4. Есть ещё болометрические true rms конвертеры - кажется Linear что-то достойное предлагал

Причина редактирования: Излишнее цитирование

[Vishv]

1. Доводилось иметь дело с ad637 - для него нужно двуполярное 15 вольт - зачем тогда требование однополярных 5 вольт
2. Погрешность будтет 1% и зависеть от формы сигнала до +10% на прямоугольниках.
3 . Если нужна точность больше можно взять 16битный ацп на мегагерц 10 и обрабатывать в цифре - но советовать тут легко , а сделать сложно.
4. Есть ещё болометрические true rms конвертеры - кажется Linear что-то достойное предлагал

В "прошлой жизни" у меня AD637 работал при +-5 В с индивидуальной калибровкой и обеспечивал 0.5% без проблем, а в тут я его назвал "по инерции".. sorry!
Идея с АЦП у меня крутится уже давно, видимо в "следующей жизни" буду пробовать.
Болометрические конвертеры не смотрел - спасибо, посмотрю обязательно!
Однако перед реализацией такой архитектуры проблему с немонотонностью АЧХ входного каскада необходимо решить.

[Designer56]

Идея с АЦП у меня крутится уже давно, видимо в "следующей жизни" буду пробовать.
Болометрические конвертеры не смотрел - спасибо, посмотрю обязательно!
Однако перед реализацией такой архитектуры проблему с немонотонностью АЧХ входного каскада необходимо решить.

А как Вы думаете, почему промышленные лабораторные вольметры и мультиметры все сделаны на интегрирующих АЦП?
Вам нужно разработать стандартный аттенюатор- как в обычных вольметрах. Обратите внимание, у резисторов есть такой параметр- "предельное напряжение" он отражает область линейности зависимости тока от напряжения. При увеличении номинальной мощности рассеяния резистора (только не путайте с рассеиваемой на нем мощностью) предельное напряжение- больше. Т.е. резистор, скажем, 0.5 Вт может работать при больших напряжениях, чем 0,125 Вт при тех же номиналах. И так далее- конденсаторы частотной компенсации тоже нужно выбирать с запасом по напряжению- иначе их утечка скажется. Н90 и т.п. барахло в такие цепи не идут. Входные токи последующего каскада тоже нелинейно зависят от напряжения. В общем, при Ваших уровнях погрешностей учитывать приходится все.