Измерительный усилитель на трех ОУ.

Улучшить характеристики схемы дифференциального 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, и 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 следующем рисунке и принятая в качестве стандартной схемы измерительного усилителя.

 

Схема измерительного усилителя на трех ОУ

 

Общий КОСС измерительного усилителя определяется соотношением как и в случае с одним ОУ.

Измерительные усилители на трех ОУ имеют КОСС выше, чем схемы на двух ОУ. Они выпускаются в виде ИМС с внутренними согласованными резисторами (AD620, LM363, ICL7605 и др.). Обычно эти ИМС имеют выводы для подключения внешнего резистора R _Р, которым задается дифференциальный коэффициент усиления, а также вход опорного напряжения «REF», который используется во многих приложениях. Например, ИУ INA118 имеет низкое смещение нуля V _OFF = 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...10⁴), устанавливаемых одним внешним резистором.

Шумовые характеристики промышленных моделей измерительных усилителей на трех ОУ имеют некоторые особенности. Дело в том, что низким внутренним шумом обладают только входные усилители. Шум выходного ОУ значительно больше. Поэтому ИУ с большим коэффициентом усиления имеет шум, приведенный к входу, значительно меньший, чем тот же ИУ с единичным усилением. То же самое можно сказать и о смещении нуля.

Интересно, что фирма Maxim выпускает ИМС скоростного дифференциального приемника линии МАХ4146, построенного на трех ОУ. По динамическим характеристикам он оставляет обычные ИУ далеко позади — его полоса пропускания составляет 70 МГц при К = 10, а скорость нарастания достигает 800 В/мкс. Усилитель имеет прекрасные шумовые характеристики — 3.5 нВ/  (К= 100), но довольно большие входные токи — 10 мкА.

Основные параметры дифференциальных и измерительных усилителей

В заключение отметим следующие преимущества измерительных усилителей на одном и трех ОУ.

На одном ОУ

• косс может быть подстроен внешним резистором до очень больших значений;

• могут быть достигнуты высокие рабочие значения синфазных и дифференциальных входных напряжений;

• низкая стоимость.

На трех ОУ

• высокий КОСС без подстройки;

• высокое входное сопротивление;

• коэффициент усиления устанавливается одним резистором.