Глава 10. Функциональные устройства на операционных усилителях §6. Измерительный усилитель на одном оу Во многих измерительных схемах необходимо измерять раз-

ность потенциалов между двумя точками электрической цепи, каж-

дая из которых имеет ненулевой потенциал относительно общей

точки измерительной схемы. Для этой цели используются измери-

тельные усилители, которые представляют собой устройства с диф-

ференциальным входом, построенные так, что они усиливают только

разность напряжений, поданных на их входы, и не реагируют на

синфазное напряжение. В переводной литературе такие усилители

часто называются инструментальными усилителями.

В простейшем случае в качестве измерительного усилителя

может быть использован ОУ в дифференциальном включении (рис.

10.21). При выполнении условия R1 / R 2 = R3 / R 4 усиление диф-

ференциального сигнала намного больше усиления синфазного

сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС)

будет максимальным.

Дифференциальный коэффициент усиления при выполнении

указанного выше условия K Д =

U

ВЫХR

= 2⋅

U 1 − U 2 R1

1

R1

1+ 2 ⋅

R1 K U

.

Рис. 10.21. Схема простейшего измерительного усилителя

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный

рассогласованием резисторов, равен

K СФ1 =

R1 R 4 − R 2 R3 .

R1 ( R3 + R 4 )

(10.24)

– 217 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный

конечным значением КОСС операционного усилителя, равен

R

2.(10.25)

R1 ⋅ KOCC

Здесь КОСС выражается отношением, а не в децибелах.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала всей схемы:

K СФ 2 =

(10.26)K

OCC = K Д (К СФ1 + К СФ 2 ) .

Дифференциальное входное сопротивление: R ВХ . Д = R1 + R3 .

Поскольку, как это следует из (10.24), K СФ1 может прини-

мать отрицательные значения и зависит от сопротивлений резис-

торов схемы, подстройкой резистора R3 может быть достигнуто

любое сколь угодно большое значение K OCC , в соответствии с

выражением (10.26).

Пример 3. Пусть в схеме на рис. 10.21

R1 = R 2 = 2 кОм, R 4 = 200 кОм . Сопротивление резистора R 2 от-

личается от номинального значения 200 кОм на 1 % и составля-

ет 198 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления

схемы равен 100, а КОСС – 10100, что во многих применениях не-

достаточно.

Эта простейшая схема имеет низкое входное сопротивление.

Выходное сопротивление источника сигнала влияет на величину

дифференциального коэффициента усиления и на коэффициент ос-

лабления синфазного сигнала, что почти всегда требует точной

настройки параметров схемы. Для изменения коэффициента уси-

ления нужно одновременно менять сопротивления двух резисто-

ров. Занимающая ведущее место в мире по выпуску измеритель-

ных усилителей фирма Burr – Brown выпускает несколько моде-

лей ИМС измерительных усилителей, построенных по схеме на

рис. 10.21. Такие ИМС, как INA133, INA143 имеют фиксирован-

ный коэффициент усиления, задаваемый встроенными резистора-

ми, и высокое значение КОСС (до 86 дБ), достигаемое за счет

лазерной подгонки. ИМС INA145, INA146 включают дополнитель-

ный неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которо-

го может задаваться внешними резисторами. Микросхемы изме-

– 218 –