Виявлення і вимірювання сигналу інструментальним підсилювачем

 

Можливості і характеристики, інструментального підсилювача можна поліпшити, розірвавши контур від'ємного зворотного зв'язку операційного підсилювача DA3 і вивівши з нього три контакти; вихід вимірювальний і опорний (рис. 3.17). Якщо між вимірювальним підсилювачем і навантаженням потрібно включити довгу лінію сполучення чи струмовий бустер на транзисторі, то на проводах сполучення буде падати значна напруга. Щоб цього не було, вимірювальний і опорний контакти підключають безпосередньо до навантаження. При цьому послідовно з резисторами в ланках вимірювального й опорного контактів включені рівні опори провідників і ці ланки залишаються симетричними. До того ж важливішим є відслідковування напруги на навантаженні, а не на вихідному контакті підсилювача, зворотний зв'язок підтримує напругу навантаження на незмінною, що відповідає вхідному сигналу. У випадку коли використовується базовий диференційний підсилювач, напруга на виході визначається рівнянням (3.14) при m =1. При використанні вимірювального підсилювача вихідну напругу знаходять з рівняння (3.16). Описаний метод вимірювання називається також дистанційним вимірюванням напруги, оскільки при цьому визначається і регулюється напруга на віддаленому навантаженні, а не на вихідних контактах підсилювача.

За допомогою інструментального підсилювача можна проводити вимірювання струму і диференційної напруги. На рис. 3.30,а показана схема вимірювального підсилювача; тут Вим — вимірювальний, a On — опорний контакт. За допомогою вимірювального підсилювача легко виміряти напругу на резисторі R.

 

Рисунок 3.17 - Схема управління напругою на віддаленому навантаженні

 

Підключимо входи (+) і (-) до R і виміряємо Uвих вольтметром, після чого обчислимо спад напруги на R чи Е1-Е₂:

(3.18)

 

а б

 

а – схема вимірювання струму,

б – схема управління струмом

 

Рисунок 3.18 - Схеми вимірювання і управління струмом за допомогою інструментального підсилювача

 

Цю ж схему можна використовувати для визначення струму в електричному колі. Припустимо, що ми включимо в ланку резистор R₁ з опором, досить малим, щоб він не впливав на роботу схеми, але в той же час досить великим, щоб можна було знайти протікаючий по ньому струм. Тепер, якщо ми знаємо значення R₁ і можемо виміряти E₁ — Е₂, як було показано вище, можна визначити струм І знаступного рівняння:

(3.19)

У схемі на рис. 3.14,б чутливий резистор Rb також служить для сприйняття підсилювачем струму навантаження. Струми в ланках вимірювального й опорного контактів дуже малі в порівнянні зі струмом навантаження Ін, що проходить через обидва резистори Rb і Rh і визначаються з рівняння:

( 3.20 )

Спад напруги на Rb і Rh малий, а відповідно, мала буде і помилка вимірювання напруги навантаження.

Напруга Евх керує струмом у навантаженні, і ми маємо кероване напругою джерело постійного струму [11].

Л Е К Ц І Я №7

 

Компаратори

 

Компаратор – це схема для порівняння напруги сигналу на одному вході з опорною напругою на іншому її вході. В попередніх підрозділах був описаний принцип порівняння і показано, що опорна напруга може бути додатною, від'ємною чи рівною 0 В. Якщо в якості компаратора використовується ОП загального призначення, то на його виході буде встановлюватися додатна чи від'ємна напруга насичення в залежності від того, яка з вхідних напруг вища [11].

Компаратор застосовують у наступних схемах:

1. У тригері Шміта чи схемі формування сигналу, що перетворить сигнал довільної форми в прямокутний чи імпульсний сигнал;

2. У детекторі нуля — схемі, що показує момент і напрямок проходження вхідного сигналу через 0 В;

3. У детекторі рівня — схемі, що показує момент досягнення вхідною напругою даного рівня опорної напруги;

4. У генераторі сигналів трикутної чи прямокутної форм.

Попередній опис компаратора розглядався для того щоб показати, де може застосовуватися операційний підсилювач. Можна розширити можливості застосування і збільшити надійність основної схеми компаратора, додавши до ОП загального призначення кілька зовнішніх елементів.

Включимо в основну схему компаратора на ОП резистивне коло, що з'єднує вихідний контакт і вхід (+). Це коло є колом додатного зворотного зв'язку (ДЗЗ). Звичайно ДЗЗ веде до нестабільної роботи підсилювача. Однак, за певних умов, за допомогою контрольованого додатного зворотного зв'язку можна домогтися поліпшення характеристик основної схеми компаратора при використанні її як генератора прямокутних сигналів (мультивібратора), очікуючого мультивібратора (одновібратора) чи детектора рівня.

При застосуванні компараторів існують певні практичні зауваження. Коли конструюють реальну схему компаратора варто пам'ятати, що між фактичними характеристиками ОП і представленою вище ідеальною ситуацією є деякі розходження. По-перше, вихідна напруга Uвux не змінюється від -Uнас до +Uнас миттєво. Цей перехід відбувається за певний проміжок часу. По-друге, при нульовій диференційній вхідній напрузі Ед напруга Uвux не буде точно дорівнювати нулю. І нарешті, на виході ОП можуть постійно чи при підході Ед до 0 В виникати непередбачені коливання. Все це викликає необхідність глибше вивчити параметри ОП і те, яким чином можна звести до мінімуму розходження між їх ідеальними і реальними характеристиками.