6.1.6. Преобразователи тока в напряжение

В данном случае источником входного сигнала является источник тока. Рассмотрим схему рис. 6.4. Если рассматривать и R как реальный источник напряжения, то можно преобразовать его в реальный источник тока (см. пунктир на рис. 6.6)

Рис. 6.6. Схема преобразователя ток-напряжение с параллельной ООС по напряжению

В соответствии с принципом ВКЗ вход ОУ закорачивает источник тока, и весь ток J поступает в обратную связь. В результате

(6.21)

Из последнего выражения следует, что коэффициент преобразования определяется из соотношения

(6.22)

и имеет размерность сопротивления (передаточное сопротивление). Входное и выходное сопротивления схемы равны нулю.

При использовании схемы рис. 6.2 источник тока подключается к прямому входу, напряжение на котором равно (рис. 6.7)

(6.23)

Это напряжение усиливается неинвертирующим усилителем, согласно (6.6):

(6.24)

Коэффициент преобразования определяется выражением

. (6.25)

Из (6.25) следует зависимость коэффициента преобразования схемы рис. 6.7 от внутреннего сопротивления источника сигнала R, что является её недостатком.

Рис. 6.7. Схема преобразователя ток-напряжение с последовательной ООС по напряжению

Кроме этого, входное сопротивление схемы рис. 6.7 по отношению к зажимам идеального источника тока равно R, а не нулю, как это было в схеме рис. 6.6. Это также является недостатком схемы рис. 6.7.

В данной лабораторной работе в качестве преобразователя ток-напряжение исследуется схема рис. 6.6, поскольку она обладает лучшими свойствами.

6.1.7. Экспериментальные исследования

Основной задачей экспериментального исследования преобразователей является определение их параметров, а именно коэффициентов преобразования, входных и выходных сопротивлений. В данной работе определяются только коэффициенты, а сопротивления предлагается оценить теоретически с использованием паспортных данных используемой микросхемы. Для решения поставленной задачи можно использовать не только переменный сигнал низкой частоты, как это было при исследовании УННЧ (см. лаб. работа N3), но и постоянный. Последний является наиболее характерным для ОУ, поскольку он относится к усилителям постоянного тока. Схемы исследуемых преобразователей чисто резистивные и, следовательно, также пропускают постоянный сигнал.

Другим важным направлением исследования является установление отличий функционирования реальных устройств от идеальных, обусловленных неидеальностью ОУ. Действительно, выше при выводе всех соотношений ОУ полагался идеальным (см. допущения в п.6.1). Наибольшие отличия обусловлены нарушением допущений 1 и 2. Поясним это более подробно.

Из исследований, проведенных в лабораторной работе N5, следует, что напряжение на выходе ОУ ограничено как в положительной, так и в отрицательной области (область насыщения). Таким образом, передаточная характеристика ОУ нелинейная, и допущение 1 не выполняется, что оказывает влияние на работу преобразователей.

В данной лабораторной работе этот эффект исследуется на примере усилителей в опытах снятия амплитудных (передаточных) характеристик. При переменном сигнале эффект проявляется в возникновении нелинейных искажений типа «ограничение». Попутно на примере неинвертирующего усилителя проверяется принцип ВКЗ.

Реальный ОУ проявляет инерционность, что отражается в его передаточной функции (инерционное звено). Поскольку АЧХ однозначно определяется передаточной функцией, допущение 2 нарушается и, следовательно, коэффициент усиления реального ОУ зависит от частоты. АЧХ ОУ исследовалась в лабораторной работе N5. Таким образом, коэффициент преобразования любого устройства, построенного на реальном ОУ, уже не будет вещественным числом и тоже превращается в передаточную функцию по Лапласу, т.е. в функцию комплексной частоты. В данной лабораторной работе опыт по определению передаточной функции выполняется для неинвертирующего усилителя. Определяется частота среза усилителя, которая в дальнейшем используется для получения передаточной функции.

При исследовании инвертирующего двухвходового сумматора проверяется правильность суммирования постоянного и переменного сигналов, для чего снимаются осциллограммы входного и выходного напряжений. Затем по ним для произвольного момента времени проверяется уравнение сумматора.