December 17 2017 15:46:00
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Измерительный усилитель на одном ОУ
Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ

В простейшем случае в качестве измерительного усилителя может быть использован ОУ в дифференциальном включении (рис. 22). При выполнении условия R1/R2=R3/R4 усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максимальным.

Схема простейшего измерительного усилителя

Рис. 22. Схема простейшего измерительного усилителя

Дифференциальный коэффициент усиления при выполнении указанного выше условия

form225d.gif (2056 bytes)

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный рассогласованием резисторов, равен

form226.gif (1809 bytes). (26)

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный конечным значением КОСС операционного усилителя, равен

form227.gif (1644 bytes). (27)

Здесь КОСС выражается отношением, а не в децибелах.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала всей схемы:

КОСС =КД/(КСФ1 + КСФ2). (28)

Дифференциальное входное сопротивление:

Rвх.д=R1 + R3.

Поскольку, как это следует из (26), КСФ1 может принимать отрицательные значения и зависит от сопротивлений резисторов схемы, подстройкой резистора R3 может быть достигнуто любое сколь угодно большое значение КОСС, в соответствии с выражением (28).

Пример 1. Пусть в схеме на рис. 22 R1=R3=2 кОм,R4=200 кОм. Сопротивление резистора R2отличается от номинального значения 200 кОм на 1% и составляет 198 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 100, а КОСС – 10100, что во многих применениях недостаточно.

Эта простейшая схема имеет низкое входное сопротивление. Выходное сопротивление источника сигнала влияет на величину дифференциального коэффициента усиления и на коэффициент ослабления синфазного сигнала, что почти всегда требует точной настройки параметров схемы. Для изменения коэффициента усиления нужно одновременно менять сопротивления двух резисторов. Занимающая ведущее место в мире по выпуску измерительных усилителей фирма Burr-Brown выпускает несколько моделей ИМС измерительных усилителей, построенных по схеме на рис.22. Такие ИМС как INA133, INA143 имеют фиксированный коэффициент усиления, задаваемый встроенными резисторами и высокое значение КОСС (до 86 дБ), достигаемое за счет лазерной подгонки. ИМС INA145, INA146 включают дополнительный неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого может задаваться внешними резисторами. Микросхемы измерительных усилителей содержат цепи защиты входов, допускающие, например, у INA146 синфазные и дифференциальные напряжения до 100 В.

Измерительный усилитель на трех ОУ

Улучшить характеристики рассмотренной схемы измерительного усилителя можно, включив между источником сигнала и каждым из входов неинвертирующий повторитель. Эти повторители будут служить буферами, в результате чего входное сопротивление измерительного усилителя повысится, а влияние выходного сопротивления источников сигнала на дифференциальный коэффициент усиления и КОСС практически будет устранено. Недостатком такого решения является то, что здесь потребуется большой КОСС и в повторителях и в выходном ОУ. Лучшими характеристиками обладает схема, приведенная на рис. 23, и принятая в качестве стандартной схемы измерительного усилителя.

Схема измерительного усилителя на трех ОУ

Рис. 23. Схема измерительного усилителя на трех ОУ

Как видно из рис. 23, напряжение на резисторе R1 составляет U1 – U2. Отсюда следует,что

form228a.gif (2142 bytes)

Эта разность преобразуется дифференциальным усилителем на ОУ3 в напряжение Uвых относительно земли. Обычно выбирается R2 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7. В таком случае дифференциальный коэффициент усиления

form228b.gif (1416 bytes)

Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за разбаланса резисторов):

form229.gif (2030 bytes) (29)

Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за конечного значения КОСС ОУ3):

КСФ2 = 1/КОССОУ3 (30)

Общий КОСС измерительного усилителя определяется соотношением (28).

Пример 2. Пусть в схеме на рис. 23 R1= 1 кОм,R2 = R3 = 50 кОм, R4 = R6 = R7 = 10 кОм. Сопротивление резистора R5 отличается от номинального значения 10 кОм на 1% и составляет 9,9 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 101, а КОСС – 20200, что выше, чем в предыдущем примере.

Измерительные усилители на трех ОУ выпускаются в виде ИМС с внутренними согласованными резисторами (AD623, LM363, ICL7605 и др.). Обычно они имеют выводы для подключения внешнего резистора R1, которым задается дифференциальный коэффициент усиления. Например, измерительный усилитель INA118 фирмы Burr-Brown имеет низкое смещение нуля Uсм = 50 мкВ, широкий диапазон напряжений питания (1,35 ...18 В) и входных напряжений (до 40 В), малый потребляемый ток – 0,35 мА и широкий диапазон коэффициентов усиления (1 – 10000), устанавливаемых одним внешним резистором. В табл. 1 представлены основные характеристики некоторых моделей измерительных усилителей.

Таблица 1

Модель Uпит, В Усиле- ние Uсм, мВ Вх. ток, нА Погрешн. усиления (К=10), % КОСС, дБ Скор. нараст., В/мкс Ток потр., мА Примечание
INA143 +/-2,25... +/-18 0,1; 10 0,25 - - 86 5 0,95 1 ОУ с переключаемыми выводами резисторов
MAX4199 2,7...7,5 10 0,5 - 0,03 - - 0,05 1 ОУ. Микромощный
INA146 +/-2,25... +/-18 0,1...100 - - - 80 0,45 0,57 2 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-100 В
INA118 +/-1,35... +/-18 1...1000 0,12 5 0,02 110 (K=10) 0,9 0,38 3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В
INA116 - 1...1000 1 25фА 0,02 106 (K=100) 0,8 - 3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В
PGA204 - 1;10; 100;1000 0,05 20 0,024 110 (K=100) 0,7 - Программируемый коэффициент усиления
AD623 +/-2,5... +/-6 1...1000 0,2 25 0,35 90 (K=10) 0,3 0,58 3 ОУ. Очень дешевый. Может ра- ботать с одним источником питания
AD625 +/-6... +/-18 1...10000 0,02 15 0,02 105 (K=10) 5 5 3 ОУ. Широкополосный
LT1167 +/-2,3... +/-18 1...10000 0,06 0,35 0,08 120 (K=100) - - 3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-100 В
МАХ4197 2,7...7,5 100 0,15 - 0,05 (K=100) - - 0,11 3 ОУ. Фиксированный коэффициент усиления
Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 2,299,162 уникальных посетителей