3.5.5. Измерительный усилитель

Измерительный усилитель (рис. 3.23) характеризуется высоким усилением и высоким значением КОСС. При этом:

оба входа имеют высокий входной импеданс;

коэффициент усиления легко изменяется с помощью сопротивления R;

для устранения какого-либо усиления синфазного сигнала подгоняется сопротивление резистора R1 на входе оконечного дифференциального усилителя.

R_ОС

U_вх.1 R₃

R₁

R R₄ U_вых

R₅

R₂

U_вх.2

Рис. 3.23. Схема измерительного усилителя с дифференциальным входом

Коэффициент усиления входного каскада:

Коэффициент усиления дифференциального усилителя:

Общее усиление дифференциального сигнала всей схемой будет равно произведению двух составляющих:

Полагая R₁=R₂, получаем

(3.22)

Обычно необходимый коэффициент усиления достигается за счет входного каскада, а дифференциальный усилитель делается с коэффициентом усиления K_д=1, и его назначение состоит в исключении синфазной составляющей сигнала.

3.5.6. Интеграторы

Если ООС, охватывающая ОУ, образуется конденсатором, то схема выполняет математическую операцию интегрирования по времени (рис. 3.24).

C

R

U_вх

U_вых

Рис. 3.24. Схема интегратора на ОУ

Входной ток U_вх/R протекает через конденсатор C. Поскольку инвертирующий вход имеет потенциальное заземление, напряжение на конденсаторе одновременно является выходным и определяется следующим образом:

(3.23)

а) б)

Рис. 3.25. Интеграторы с уменьшенным дрейфом:

а — с периодическим сбросом; б — с резистором в цепи ООС

Напряжение U_C0 — это напряжение на конденсаторе в начальный момент времени (t=0).

Представленной здесь схеме присущ один недостаток, связанный с тем, что выходное напряжение имеет тенденцию к дрейфу, обусловленному сдвигами ОУ и током смещения (в схеме отсутствует ООС по постоянному току). Это нежелательное явление можно ослабить, если использовать ОУ на полевых транзисторах, отрегулировать входное напряжение сдвига ОУ и выбрать большие величины R и С. Кроме того, на практике часто прибегают к периодическому сбросу в нуль интегратора с помощью подключенного к конденсатору переключателя (обычно на полевом транзисторе) (рис. 3.25, а).

Если остаточный дрейф по-прежнему слишком велик для конкретного случая использования интегратора, то к конденсатору C следует подключить резистор с очень большим сопротивлением R₂, который обеспечит стабильное смещение за счет обратной связи по постоянному току (рис. 3.25, б). Такое подключение приведет к ослаблению интегрирующих свойств на очень низкой частоте: f<1/(R₂C).

Рис. 3.26. Временные диаграммы работы интегратора со сбросом в качестве генератора пилообразных импульсов

Интегратор может служить источником линейно-изменяющегося напряжения, необходимого, например, в осциллографах в качестве генератора развертки, используемого также при реализации некоторых методов цифро-аналогового преобразования. Если на вход интегратора подать постоянное напряжение, на выходе получим линейно-возрастающее напряжение, которое будет увеличиваться вплоть до напряжения насыщения. Когда на входе действует симметричные относительно земли периодические колебания, это приводит к возникновению на выходе треугольных колебаний.

Схему 3.25, а можно использовать как генератор пилообразных колебаний. Для этого на вход необходимо подать постоянное напряжение, а на вход полевого транзистора — периодические прямоугольные импульсы (рис. 3.26).

При отрицательном напряжении на затворе полевой транзистор запирается, интегратор вырабатывает на выходе линейно-возрастающее напряжение, по приходу положительного импульса полевой транзистор открывается, конденсатор быстро разряжается, выходное напряжение сбрасывается до нуля. Периодические импульсы сброса формируют на выходе пилообразное напряжение.