Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 38 Преобразование сигнальных токов с сигнальные напряжения

38 Схемы для преобразования сигнальных токов в сигнальные напряжения

К основным параметрам, определяющим качество схемы преобразования ток-напряжение, относится сопротивление Z₀ этого преобразования, а также значения входного R_вх и выходного R_вых сопротивлений схемы, с помощью которой осуществляется это преобразование. Считается, что эффективность работы схемы преобразования тем выше, чем большим сопротивлением Z₀ она обладает и чем меньше у нее входное сопротивление.

Критерием того, что входное сопротивление мало, является степень выполнения неравенства R_вх <R_с. При R_вх << R_с весь ток сигнального источника практически без потерь с коэффициентом передачи по току, равным единице (К_i=1), поступает в схему преобразования, в результате чего напряжение на ее выходе независимо от сопротивления R_c и определяется соотношением

u_вых = i_с Z₀. (1)

При значениях R_вх, соизмеримых с сопротивлением R_с и его превосходящих, происходит ответвление тока i_c в это сопротивление и на вход рассматриваемого преобразователя ток-напряжение поступает лишь часть сигнального тока. В результате выходное напряжение u_вых зависит от не всегда определенного и контролируемого сопротивления R_с. При этом в отличиe от (1)

u_вых = i_с Z₀ К_i, (2)

где К_i = i₁ / i_с = 1 / (1 + R_вх / R_с) – коэффициент ответвления сигнального тока на вход преобразователя ток-напряжение.

Преобразованием, близким к идеальному, обладает схема на рисунке 1, организованная на базе ОУ. Благодаря проявлению эффекта Миллера и высоким усилительным свойствам ОУ входное сопротивление R_вх этой схемы даже при относительно больших значениях сопротивления Z₀ может быть пренебрежимо малым. Значение этого сопротивления определяет соотношение R_вх= Z₀ /(1 + К_ОУ)  Z₀ / К_ОУ. Так, например, при использовании в схеме на рисунке 1 операционного усилителя с К_ОУ =10⁶ и двухполюсника Z₀ = 100 кОм, входное сопротивление R_вх схемы преобразования ток-напряжение R_вх = 10⁵ / 10⁶ = 0,1 Ом. Такое малое значение сопротивления R_вх обеспечивает в (2) соответствие коэффициента К_i единичному значению с погрешностью не более 1 % в условиях, когда R_с  10 Ом.

Рисунок 1. Преобразование сигнальных токов в сигнальные напряженипя