2.3. Линейные преобразователи сигналов

В случаях, когда по условию задачи требуется достаточно точно измерять малые токи, например, при построении цифроаналоговых преобразователей, используют источники тока, управляемые напряжением, которые имеют второе название – преобразователи ток-напряжение, условное обозначение которых приведено на рис. 2.21а. В идеальных преобразователях такого типа входные и выходные сопротивления равны нулю. Для преобразования слабых токов (рис. 2.21б), втекающих в общую точку, используются простейшие схемы, входное сопротивление которых при конечных величинах К_U определяется выражением

.

Выходное сопротивление определяется

,

где r_вых – выходное сопротивление ОУ;

R_И – сопротивление источника входного сигнала.

Рис.2.21. Условные обозначения и электрическая схема преобразователя ток-напряжение.

Для преобразования и измерения относительно больших токов используют более сложные схемы, например, с применением специальных микросхем (рис. 2.22). Эта схема используется для измерения тока I_Н, протекающего через сопротивление нагрузки R₄, и выполнена на преобразователе ток-напряжение типа INA 168.

Рис. 2.22. Схема измерителя тока.

Для этой схемы с учетом идеальности ОУ, малого тока базы транзистора VT1 и равенства сопротивлений R1и R2 выполняется соотношение

В измерителях сопротивлений, некоторых типах терапевтической литературы и др. требуется обеспечивать ток нагрузки независимо от выходного напряжения, а величину тока определять величиной выходного управляющего напряжения. Такие схемы называют преобразователями напряжение-ток (рис. 2.23а). В идеальном варианте преобразователи этого класса имеют бесконечно большие входные и выходные сопротивления.

Рис. 2.23. Условное обозначение и варианты источников тока с нагрузкой в цепи обратной связи

На рис. 2.23,а и 2.23,б приведены варианты схем преобразователей напряжение-ток, выполненные с использованием ОУ, включенных по инверсной и неинверсной схемам соответственно. В обеих вариантах сопротивление нагрузки R₂ включено в цепь обратной связи. Выходные сопротивления схемы рис. 2.23 определяются выражением

.

Схему рис. 2.23,б отличает то, что при использовании ОУ с большим выходным током она может управлять мощной нагрузкой, например, электродвигателем.

На рис. 2.24 приведена схема преобразователя напряжение-ток с заземленной нагрузкой (схема Хоуленда).

Рис. 2.24. Электрическая схема источника тока с заземленной нагрузкой

В этой схеме роль нагрузки выполняет резистор R₆. при условии выполнения соотношений R₁=R₃, аR₂=R₄ выходной ток определяется выражением

.

К классу линейных преобразователей аналоговых сигналов относят схемы инверторов сопротивлений, используемые для компенсации потерь и повышения добротности колебательных контуров, а также гираторы для физического или полунатурного моделирования катушек индуктивности до некоторых сотен Генри. Со схемотехникой этих и других типов линейных преобразователей можно ознакомиться в специальной литературе, например, в [3].