2. Электрический амперметр
2.1 Электрический амперметр постоянного тока
Производить
обработку сигналов в электронных
приборах наиболее удобно в виде
напряжения. Поэтому измеряемый ток в
электронном амперметре необходимо
предварительно преобразовать в
напряжение. Схема преобразователя
ток-напряжение, выполненного на ОУ,
приведена на рис. 2.1. Здесь можно допустить,
что входной ток
равен току в резисторе R
обратной связи, т.к. входной ток ОУ
практически равен нулю. Поэтому выходное
напряжение преобразователя:
В линейном режиме работы ОУ выходное напряжение ОУ в Ку раз больше, чем падение напряжения между инвертирующим и неинвертирующими входами ОУ. Учитывая, что Кy (коэффициент усиления ОУ по напряжению) может составлять несколько десятков тысяч, можно считать потенциал инвертирующего входа ОУ равным нулю. В реальных условиях действительное значение входного сопротивления преобразователя ток-напряжение зависит от значений сопротивления резистора обратной связи R и реального коэффициента усиления ОУ.
Рис.2.1.- Схема преобразователя ток – напряжение выполненного на ОУ
Предполагаем,
что коэффициент усиления операционного
усилителя К140УД2А при разомкнутой цепи
обратной связи
50000.
Выберем сопротивление резистора обратной
связи:
Так как прибор должен иметь три диапазона измерений: 0,005А; 0,01 А; 0,1А, то, чтобы прибор не сгорел, требуется рассчитать соответствующие шунты. Зная , будем иметь:
Подключив к выходу преобразователя ток-напряжение, вольтметр постоянного тока с пределом 0 до 10В, получим полную схему измерительного прибора, которая показана на рис.2.2.
Добавочное
сопротивление измерительного
преобразователя, как и в предыдущем
случае, можно принять равным
.
Рис.2.2. - Функциональная схема электронного амперметра постоянного тока
2.2 Электрический амперметр переменного тока
Амперметр переменного тока предназначен для измерения интегральных значений переменных сигналов. Наиболее часто требуется измерять действующие значения. Для этого обычно используются измерительные преобразователи выпрямительного типа.
Для выпрямления измеряемых переменных сигналов в приборе используем прецизионный выпрямитель, схема которого изображена на рис.2.3.
Рис.2.3. - Схема прецизионного выпрямителя
Положительный входной сигнал усиливается и инвертируется ОУ DA1. Под действием отрицательного выходного сигнала ОУ DA1 открывается диод VD1 и точка a соединяется с выходом ОУ DA1 и с входом DA2 через резистор R/2. Отрицательный сигнал в точке a усиливается вдвое и инвертируется ОУ DA2. Вместе с этим на вход DA2 через резистор R с входа выпрямителя поступает положительный сигнал, который инвертируется ОУ DA2 без усиления. В результате суммирования на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный входному. При отрицательном входном сигнале диод VD1 закрыт, а VD2 замыкает цепь обратной связи ОУ DA1 и напряжение в точке а близко к нулю. На вход DA2 поступает только отрицательный входной сигнал, который инвертируется, и на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный по модулю входному.
Примем R=10кОм, тогда R/2=5кОм.
Объединив схемы выпрямителя и амперметра постоянного тока, мы получим схему амперметра переменного тока, которая изображена на рис.2.4. Параметры амперметра переменного тока остаются такими же, как и для амперметра постоянного тока.
Рис.2.4. - Функциональная схема электронного амперметра переменного тока
Ток, потребляемый амперметром переменного тока составляет:
Так как ОУ очень мал, то его значением можно пренебречь