Измерительный усилитель

Измерительный усилитель (ИУ) имеет два входа и один выход. В отличие от ОУ он обладает конечным коэффициентом усиления (его величина обычно не более 100) и возможностью подключения источников сигнала одновременно на два вхо­да. Это означает, что все компоненты цепи ОС подключаются не к инвертирую­щему и неинвертирующему входам, а к другим выводам ИУ. Основная функция ИУ - формирование выходного сигнала, пропорционального разности напряже­ний на его входах:

V_out = A(V₊ - V_-) = ADV, (2.5)

где V₊ и V_- — напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах, а А — коэффициент усиления.

Измерительные усилители могут быть реализованы на основе ОУ по интегральной или гибридной технологиям. Важным свойством ИУ является высокое сопротивление по обоим входам, что позволяет ему выступать в роли дифференциального усилителя и эффективно подавлять синфазные адди­тивные помехи.

Хотя в настоящее время можно приобрести промышленно выпускаемые ИУ в интегральном исполнении, на практике многие применяют ИУ, реализованные из дискретных компонентов. На рис. 2.5 показана наиболее часто используемая схема ИУ. Падение напряжения на резисторе R_a настраивается равным входной разности DV, тогда ток, протекающий через него, будет равен: I= DV/R_a. Выход­ные напряжения ОУ: U₁ и U₂ равны друг другу по амплитуде, но имеют разную полярность. Первая стадия усиления входной разности напряжений проходит на ОУ: U₁ и U₂, которые можно представить в виде одного усилителя, имеющего дифференциальные входы и дифференциальные выходы. Вторая стадия усиле­ния осуществляется на ОУ U₃, преобразующем дифференциальный входной сиг­нал в униполярный выходной. Полный коэффициент усиления ИУ можно найти из выражения:

(2.9)

Величина коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС) зависит от того, насколько точно в этой схеме подобраны резисторы. Как правило, при использова­нии резисторов 1% точности КОСС не превышает значения 100, тогда как для рези­сторов 0.1% точности КОСС имеет на порядок более высокие значения.

Рис. 2.5. Измерительный усилитель на трех ОУ с точно подобранными резис­торами.

Усилители заряда

Характерной чертой усилителей заряда (УЗ) является очень низкий ток смеще­ния. Такие усилители используются для преобразования в напряжение сигналов от емкостных датчиков, квантовых детекторов, пироэлектрических чувствитель­ных элементов и других устройств, имеющих на выходе либо очень маленькие заряды (порядка пикокулон, пКл), либо очень маленькие токи (порядка пикоампер, пА). Поэтому УЗ по своей сути является преобразователем заряда в напряже­ние. На рис. 2.6.А показана принципиальная схема УЗ. В цепи ОС ОУ стоит кон­денсатор С, сопротивление утечки которого r -должно быть значительно большим его импеданса на самой низкой рабочей частоте. В УЗ можно использовать толь­ко хорошие пленочные конденсаторы. Также необходимо уделять большое вни­мание качеству печатных плат и равномерному покрытию всех их компонентов.

Рис. 2.6. А — преобразователь заряда в напряжение, Б — преобразователь тока в напряжение

Передаточную функцию УЗ можно представить в виде:

(2.10)

ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Аш.Ж. и др. Датчики измерительных систем: в 2-х книгах.

Кн.1. Пер. с франц. – М.: Мир, 1992. – 480 с.

Кн.2. Пер. с франц. – М.: Мир, 1992. – 424 с.

2. Левшина Е.С., Новицкий Л.В. Электрические измерения физических величин – М: Машиностроение, 1983.

3. Виноградов Ю.Д. и др. Электронные измерительные системы для контроля мелких перемещений. – М.: Машиностроение, 1967.

4. Измерение электрических, и неэлектрических величин:Учебное пособие для вузов. Под общ. Ред. Н.Н. Евтихиева. -М:Энер гоатомиздат, 1990.

Дополнительная литература

1. Измерения в промышленности. Справочник / Под ред. П.Профоса. Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1980.

2. Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин. – М.: Энергия, 1976.

3. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С., Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебное пособие для вузов. М.Высшая школа 2001.