Раздел: Документация
0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 82 Применяются усилители тока для работы с фотоумножителями, ионизационными преобразователями и во всех других случаях, когда нужно усиливать малые токи. Усилитель заряда обеспечивает изменение выходного напряжения, пропорциональное изменению электрического заряда, приходящего на его вход (другими словами, усилитель заряда— это интегратор входного тока). Схема усилителя заряда показана на рис. 3-15, а. Она включает в себя ОУ, охваченный обратной связью через конденсатор С0.с- Ко входу ОУ присоединен источник входного заряда qBX, условно показанный на рис. 3-15, а в виде соединенных последовательно э.д.с. Е и переменной емкости С (qBX = ACE, где АС—изменение емкости). Конденсатор Сл на схеме рис. 3-15, а показывает емкость линии, соединяющей вход источника заряда со входом усилителя. Параллельно конденсатору Сох в усилителе заряда может быть установлен ключ, позволяющий производить начальную установку выходного напряжения путем разряда этого конденсатора через замкнутый ключ. Возможна также установка параллельно конденсатору С0.с резистора R0.c, с помощью которого ограничивается снизу полоса пропускания усилителя. Передаточная функция усилителя заряда может быть получена из графа рис. 3-15, б, в котором У-Э(р) = рСл +gBX + +pCo.c + Go.c- При составлении этого графа учитывалось, что входной ток усилителя есть производная входного заряда, поэтому коэффициент передачи ветви от истока qBX до узла е равен р, где р — оператор Лапласа: Ьвых (Р) РГ J / рСл+1/Гв <7вх (р)рС0 с + 1/Я0 с LК \рС0 с + i/Ro Сопротивление обратной связи R0.c и входное сопротивление усилителя /"вх препятствуют усилению низкочастотных составляющих входного заряда: происходит разряд емкостей через эти сопротивления. Если этим влиянием пренебречь, то для выходного напряжения получим приближенную формулу вых " 9вх Со. 1 +—(\ Сл к 1 (3-35) Из равенства (3-35) следует, что емкость соединительной линии, равно как и выходная емкость источника заряда, оказывает на выходное напряжение усилителя заряда лишь незначительное влияние, тем меньшее, чем больше коэффициент усиления ОУ. Усилители заряда находят применение для усиления сигналов от пьезоэлектрических преобразователей, где эти усилители позволяют резко уменьшить погрешности измерения, вызываемые нестабильностью сопротивления изоляции и емкости преобразователя и соединительной линии. Применение в ОУ дополнительного входного каскада на МОП-транзисторах и конденсатора С0.с с малыми утечками позволяет строить усилители заряда с нижней частотой полосы пропускания менее 10~3 Гц (резистор R0, с при этом, естественно, не ставится). Благодаря этому появляется возможность использовать пьезо преобразователи в режиме, близком к статическому, например в электрических весах. Усилители заряда находят применение также в сочетании с другими преобразователями, имеющими в качестве выходной величины электрический заряд, например с конденсаторными микрофонами. 3-5. Усилители с гальванически развязанными цепями питания Во всех рассмотренных выше усилителях входное и выходное напряжение, а также напряжение питания имели общую землю. Однако в некоторых случаях соблюдение этого условия необязательно, и тогда возможно построение схем усилителей с отрицательной обратной связью, отличных от рассмотрен- Поэтому входной усилитель цифровых вольтметров часто строится по схеме, показанной иа рис. 3-16, а. В данном случае уже трудно говорить о том, какой это усилитель — инвертирующий или неинвертирующий. Поэтому на схеме рис, 3-16, а (и далее) условный значок «+» у одного из зажимов источника С„х показывает тот зажим, увеличение потенциала на котором относительно другого входного зажима приводит к увеличению выходного напряжения. Нетрудно увидеть, что коэффициент усиления усилителя по схеме рис. 3-16, а будет таким же, как у неинвертирующего усилителя: С/Вых/С/вХ= 1 + + RzlR\- Достоинством данного усилителя в сравнении с обычным неинвертирующий (см. рис. 3-7, а) является то, что здесь, как и в инвертирующем усилителе, отсутствует синфазный сигнал на входе ОУ (это удобно, в частности, в случае применения усилителей с модуляцией-демодуляцией сигнала или двухканальных усилителей). Вместе с тем рассматриваемый усилитель, как и обычный неинвертирующий, имеет высокое входное сопротивление, практически равное йвх = гВх(/<6-г-1), где 6 = 1/(1 + 2), а гъ% и К —параметры примененного ОУ. Рис. 3-16, б показывает повторитель напряжения, построенный так же, как и усилитель по схеме рис. 3-16, а. У этого повторителя входное и выходное напряжения имеют общую точку, однако эта точка не совпадает с заземленной средней точкой источника питания ОУ Иа рис 3-17, а еще раз показана схема рассматриваемого повторителя напряжения (рис. 3-16, б ), но для большей наглядности здесь представлены  Рис. 3-16. Усилитель (а) и повторитель (б) напряжения, использующие ОУ с гальванически развязанными цепями питания и S) ных выше. Подобным образом обстоит, например, дело в цифровых вольтметрах с так называемым плавающим входом, т. е. с гальваническим разделением входной цепи от связанной с корпусом общей земли прибора. В таких вольтметрах входной усилитель проектируется с учетом того, что входное напряжение может не иметь общей точки с выходным и напряжениями питания. также и цепи питания В принципе необязательно заземлять именно среднюю точку питания Можно заземлить общую точку входного и выходного сигналов повторителя Но тогда источник питания ОУ исходно должен быть гальванически развязан от об- а)+ е)
   I вых Рис. 3-17 Варианты схем включения ОУ с гальванически развязанными цепями питания шей земли. Иначе говоря, для питания данного ОУ должны быть предусмотрены отдельные обмоткн на силовом трансформаторе и далее отдельные выпрямители и стабилизаторы (естественно, возможно также использование отдельных гальванических батарей питания). Еслн источник питания ОУ не заземлен, то необходимо указывать, куда присоединяется его средняя точка. Поэтому на рис. 3-17 и далее на рис. 3-18 в условном обозначении ОУ добавлен снизу вывод, соответствующий средней точке напряжения питания. Рис. 3-17,6 показывает схему повторителя напряжения, аналогичную повторителю на рис 3-17, а, но с заземлением выходного зажима ОУ. Здесь источники сигналов Ubz и £/вых имеют общую заземленную точку; соответственно средняя точка источника питания соединена с Н-входом ОУ и не заземлена. Достоинством этого повторителя является работа ОУ при равном нулю синфазном сигнале. Однако это достоинство покупается ценой усложнения питающих цепей На рис. 3-17, в и г показаны схемы одного и того же дифференциального усилителя, но с заземлением в одном случае (рис. 3-17, в) средней точки источника питания, а в другом (рис. 3-17, г)—общей точки входных сигналов. В этом дифференциальном усилителе разность входных напряжений уравновешивается падением напряжения на сопротивлении R, создаваемым выходным током ОУ /bul=(fi-—U})/R. На рис. 3-17, г покчзан контур, по которому течет выходной ток ОУ. Схемы повторителя рис. 3-17, б и дифференциального усилителя рис 3-17, г использованы в составе сложного дифференциального усилителя, показанного на рис 3-18. Здесь операционный усилитель ОУ1 использован в схеме повторителя напряжения С/2 (рис 3-17,6), на ОУ2 собран дифференциальный усилитель (рис. 3-17, г), а ОУЗ включен в схему усилителя тока, Поскольку для ОУ2 /Вых=(£Л— —U2)!Ru то в ОУЗ Unix = Увыхг " (U\ — U2) R2/Ri- Положительными качествами дифференциального усилителя по схеме рис. 3-18 является малое число резисторов, работа всех ОУ при равном нулю  Уеых Рис. 3-18 Дифференциальный усилитель, использующий ОУ с гальванически развязанными цепями питания 0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 82
|
