Выходное напряжение в этой схеме

Uвых = (–Iфд Rос1) (–Rос2 /R) = –Iфд Rос1Rос2/R.

Погрешность такой двухкаскадной схемы окажетсяóльшейб по сравнению с однокаскадной из-за ошибок, привносимых второй ступенью, а также из-за усиления ею остаточных напряжений первой ступени

Uвых сд = [Uвх сд1 (1+ Rос1 /Rн) + Iсм1(–) Rос1]× Rос1/ R +

+Uвх сд2 (1+ Rос2 /R) + Iсм2(–) Rос2.

1.2.Преобразователи напряжения в ток

Такие преобразователи предназначены для восприятия поступающих на их входы сигналов, представленных напряжениями, и преобразования их в ток. Первая задача корректно решается лишь в том случае, когда входное сопротивление пр е- образователя либо бесконечно велико, либо во много раз больше выходного сопротивления источника сигнала, подключаемого к входам. Вторая задача сводится к организации выходной цепи преобразователя по схеме источника тока, т.е. по схеме, обеспечивающей его бесконечно большое выходное сопротивление.

Связь между выходным током Iн и входным напряжением Uвх

должна иметь вид Iн = Kui Uвх, где Kui – коэффициент преобразо-

вания напряжения в ток.

По существу преобразователи напряжения в ток являются управляемыми напряжением источниками тока или стабилизаторами тока при Uвх = const.

Такой преобразователь может быть построен на основе операционного усилителя с единичной обратной связью, снимаемой по току и заводимой по напряжению. На рис. 1.4, а представлена схема простейшего неинвертирующего преобразователя напряжения в ток.

Полагая Iсм(–) ≈ 0 или малым по сравнению с выходным током

микросхемы (током нагрузки Iн), получаем с учетом ∆U ≈ 0 падение напряжения на резисторе R равным

UR = Uвх или IR = Iн = Uвх/ R.

9

Коэффициент передачи данной схемы

Kui = Iн /Uвх = 1/R.

Поскольку ток, обтекающий нагрузку Zн, здесь не зависит от величины сопротивления Zн, то в идеальном случае данная схема является источником тока, управляемым входным сигналом Uвх.

Zн Iн

Реально входное сопротивление данной схемы Rвх = Rвх сс, т. е. определяется входным сопротивлением синфазному сигналу. Выходное жесопротивление можно принять равным

Rвых = R(1+Ku),

где Ku – усиление операционного усилителя по напряжению.

Так как выходной параметр преобразователя – ток, то погрешность преобразования определяется выходным током сдвига:

Iвых сд = Uвх сд /R + Iсм(–), где Uвх сд – входное напряжение сдвига операционного усилителя, Iсм(–) – входной ток смещения усилителя.

Возможны разные схемы преобразователей "напряжение – ток". Так на рис. 1 .4, б представлен инвертирующий преобразователь. Если UА = 0, то Iн = –Uвх/ R. Входное сопротивление данного преобразователя – сопротивление R. Выходное сопротивление

Rвых = R(1+Ku). Выходной ток сдвига Iвых сд = Iсм(–) + Uвх сд /R. Максимальный выходной ток

10

где Uвых ОУ max – максимальное выходное напряжение операционного усилителя.

Простой умощненный однополярный источник тока – преобразователь напряжения в ток – можно построить, дополнив схему рис. 1.4, а транзистором VТ (рис. 1.5). В этой схеме эмиттерный ток транзистора VT и ток его коллектора связаны соотношением

Iк = Iн = α Iэ. В свою очередь, ток эмиттера Iэ = Uвх/ R1, отсюда Iн = = αUвх/ R1.

Рис. 1.5

При большом Uвх выходное напряжение операционного усили-

теля может достигать больших значений Uвых ≈ Uп. При двухполярном режиме питания к переходу "база – эмиттер транзистора" может оказаться приложенным опасное по величине обратное напряжение. Для его ограничения в схему вводят диод, включаемый встречно диоду "база – эмиттер". Дополнительно последовательно в вывод базы транзистора вводится резистор R, ограничивающий ток базы при прямом максимальном выходном напряжении операционного усилителя.

Основной недостаток рассмотренных схем – "плавающая" нагрузка. Это видно из рис. 1.4 и 1.5, где ни один из выводов нагрузки не оказывается связан с общей шиной или с общей точкой отсчета напряжений.

На рис. 1.6 приведена схема преобразователя напряжения в ток с заземленной нагрузкой.

11

На первый взгляд кажется, что это обычный разностный усилитель. В самом деле это не так. Это устройство с комбинированной обратной связью. Здесь верхняя пара резисторов R1 – R2 образует цепь отрицательной обратной связи, а три нижних R3 – R4 – Rн – положительной. Как известно, наличие положительной обратной связи в устройстве означает возможность потери устойчивости, но не обязательно ее потерю. В данном случае устойчивость схемы будет обеспечена, если глубина отрицательной обратной связи окажется больше глубины поло-

жительной связи, т.е. если R1/R2 > (R3 Rн )/R4. При R2R3 = R1R4 это условие выполнено.

Поскольку в этом случае ток нагрузки Iн = (1/R3)(Uвх2 – Uвх1) не зависит от сопротивления нагрузки, то данная схема является источником тока. При этом в зависимости от соотношения Uвх1 и Uвх направление тока в нагрузке может быть разным.

Рис. 1.6

1.3. Инвертор напряжения

Назначением схемы инвертора напряжения (рис. 1.7) является инверсия знака входного напряжения.

Если полагать Rи = 0, то Ku = – R/R = – 1. Если же Rи ≠ 0, то

Uн = –Uвх R/(R + Rи). Входное сопротивление схемы Rвх = R, а выходное Rвых ≈ 0, поскольку отрицательная обратная связь в схеме

снимается по напряжению. Выходное напряжение сдвига

12