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.

Рис. 23. Схема измерительного усилителя на трех ОУ

Как видно из рис. 23, напряжение на резисторе R ₁ составляет U ₁ – U ₂. Отсюда следует,что

Эта разность преобразуется дифференциальным усилителем на ОУ3 в напряжение U _вых относительно земли. Обычно выбирается R ₂ = R ₃ и R ₄ = R ₅ = R ₆ = R ₇. В таком случае дифференциальный коэффициент усиления

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

(29)

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

К СФ2 = 1/КОССОУ3

(30)

Общий К_ОСС измерительного усилителя определяется соотношением (28).

Пример 2. Пусть в схеме на рис. 23 R ₁ = 1 кОм, R ₂ = R ₃ = 50 кОм, R ₄ = R ₆ = R ₇ = 10 кОм. Сопротивление резистора R ₅ отличается от номинального значения 10 кОм на 1% и составляет 9,9 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 101, а К_ОСС – 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 U _см = 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	U пит, В	Усиле- ние	U см, 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	-	-			0,95	1 ОУ с переключаемыми выводами резисторов
MAX4199	2,7...7,5		0,5	-	0,03	-	-	0,05	1 ОУ. Микромощный
INA146	+/-2,25... +/-18	0,1...100	-	-	-		0,45	0,57	2 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-100 В
INA118	+/-1,35... +/-18	1...1000	0,12		0,02	110 (K=10)	0,9	0,38	3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В
INA116	-	1...1000		25фА	0,02	106 (K=100)	0,8	-	3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В
PGA204	-	1;10; 100;1000	0,05		0,024	110 (K=100)	0,7	-	Программируемый коэффициент усиления
AD623	+/-2,5... +/-6	1...1000	0,2		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		0,02	105 (K=10)			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		0,15	-	0,05 (K=100)	-	-	0,11	3 ОУ. Фиксированный коэффициент усиления

 

5. Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ

Часто возникает необходимость сформировать такое напряжение U ₂, которое было бы нелинейной функцией напряжения U ₁, т.е. U ₂= f (U ₁), например, U ₂= U _alog(U ₁/ U _b) или U ₂=| U ₁|. Для реализации таких зависимостей существует три возможных способа. Можно применять либо физические эффекты, которые позволяют реализовать заданные зависимости, либо аппроксимировать их полиномиальными или степенными рядами.