Измерительный усилитель на одном ОУ

В простейшем случае в качестве измерительного усилителя может быть использован ОУ в дифференциальном включении.

Схема простейшего измерительного усилителя (дифференциальный усилитель)

В фирменной документации подобные схемы так и называются — дифференциальные усилители (ДУ). При выполнении условия усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максимальным.

Дифференциальный коэффициент усиления при выполнении указанного выше условия

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный рассогласованием резисторов, равен

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный конечным значением КОСС операционного усилителя, равен

Здесь КОСС выражается отношением, а не в децибелах. Коэффициент ослабления синфазного сигнала всей схемы:

Дифференциальное входное сопротивление:

Поскольку К _СФ1 может принимать отрицательные значения и зависит от сопротивлений резисторов схемы, подстройкой резистора R ₃ может быть достигнуто любое сколь угодно большое значение K _ОССв соответствии с предпоследним выражением.

Эта простейшая схема имеет низкое входное сопротивление. Поэтому выходное сопротивление источника сигнала влияет на величину дифференциального коэффициента усиления и на коэффициент ослабления синфазного сигнала, что почти всегда требует точной настройки параметров схемы. Для изменения коэффициента усиления нужно одновременно менять сопротивления двух резисторов. Тем не менее эта простая схема выпускается многими фирмами в виде ИМС. Например, схема ДУ — INA133 и INA143. На кристалле наряду с ОУ имеются 4 согласованных резистора, первые выводы которых соединены попарно с входами ОУ, а другие соединены с выводами ИМС, причем у INA133 резисторы имеют одинаковое сопротивление, а у INA143 R ₁ и R ₃ меньше, чем R ₂ и R ₄ в 10 раз (см. предыдущий рисунок). Поэтому коэффициент передачи дифференциального сигнала у INA133 единица, а у INA143 в зависимости от схемы подключения резисторов может принимать значения 0.1 или 10. КОСС у INA133 составляет 80 дБ, а у INA143 - 86 дБ.

На следующем рисунке представлены упрощенные схемы промышленных интегральных ДУ, рассчитанных на работу при больших синфазных напряжениях.

Схемы промышленных ИМС дифференциальных усилителей:

а—с. одним резистором в цепи обратной связи, б — с Т-образным делителем в цепи обратной связи

На а) приведена схема, по которой выполнен ДУ INA117 и его модификация AD629 (Analog Devices). Здесь цепь обратной связи замыкается одним резистором R ₂, а для получения большого диапазона синфазных напряжений использован резистивный делитель напряжения 20:1 для того, чтобы привести входной сигнал ±200 В к допустимому для ОУ диапазону ±10 В. Связь между величинами сигналов этой схемы устанавливается уравнением

При номиналах резисторов, указанных на схеме, дифференциальный коэффициент усиления составляет 1. Рабочий диапазон синфазных напряжений для INA117 составляет ±200 В, а для AD629 составляет ±270 В, причем последний имеет встроенную защиту от синфазного и дифференциального напряжений до ±500 В! Коэффициент ослабления синфазной составляющей INA117 и AD629 превышает 86 дБ.

Дата добавления: 2015-08-13