Отсюда следует, что, в отличие от обычных операционных усилителей, даже при входных напряжениях смещения ИУ (входных напряжениях сдвига усилителей У1, и У2), равных нулю, его выходное остаточное напряжение (выходное напряжение смещения) не может быть равным нулю. Оно обусловливается входным напряжением сдвига усилителя У3. Эта компонента выходного остаточного напряжения постоянна для каждого ИУ, поскольку сопротивления резисторов R5 и R4 для каждого ИУ неизменны. Она не зависит от усиления ИУ.

Помимо этой постоянной составляющей остаточного напряжения, на выходе наблюдается его компонента, обусловленная входными напряжениями сдвига операционных усилителей

входной ступени ИУ, т.е. Uвх сд У1 и Uвх сд У2, зависящая от усиления ИУ.

Принято определять измерительные усилители входным напряжением сдвига и выходным напряжением сдвига. Очевидно, что при малых коэффициентах усиления ИУ на выходе преобладают выходные напряжения смещения и их дрейфы, а при больших – входные.

5.6. Основные электрические параметры измерительных усилителей

Коэффициент усиления KuИУ. В инструментальных усилителях усиление, чаще всего, регулируется за счет выносного резистора R2 (см. рис. 5.9). При этом оно определяется соотношением

KuИУ = [1+ число/R2 ],

где "число" – задается для каждого типа измерительного усилителя. Отсюда требуемое сопротивление внешнего резистора

R2 = "число"/( KuИУ –1).

Очевидно, что точность коэффициента передачи ИУ зависит от точности резистора R2. На его величину и стабильность влияют условия и качество монтажа. Монтажная плата должна быть чистой, исключающей утечки, так как утечки, определяемые, напри-

мер, сопротивлением Ryт ≈ 200 МОм, обусловят ошибку порядка

0,1%.

100

Диапазон значений коэффициента усиления KuИУ. Существую-

щие ИУ обеспечивают KuИУ = 1 ... 1000. Бóльшие усиления сопровождаются увеличением погрешностей, привносимых шумами, дрейфами остаточных напряжений и т.д.

Нелинейность – отношение максимального отклонения фактического значения выходной величины от расчетного, определяемого линейной зависимостью «вход-выход» (прямая линия), к максимальному значению выходной величины. Приняты три варианта построения прямой, определяющей линейную зависимость «выход-вход».

В первом случае эта прямая строится в соответствии с равенст-

вом Uвых = KuИУ Uвх (рис. 5.10, а). Для оценки нелинейности здесь используется отклонение∆.

Во втором случае (рис. 5.10, б) прямая линия строится таким образом, чтобы максимальные отклонения фактических значений выходной величины от расчетной прямой были одинаковы

во всем диапазоне изменений входной величины, т. е. ∆1 = ∆2 =

= ∆В3. третьем случае расчетная прямая проводится через точки, соответствующие значениям выходной величины при максимальном значении входной (рис. 5.10, в).

а

Рис. 5.10

101

Зависимость усиления от температуры. Обычно задается максимальное и типовое отклонение коэффициента усиления от его расчетного значения в зависимости от температуры.

Время установления – это время, требуемое для того, чтобы выходная величина достигла и оставалась равной номинальному значению в пределах принятого допуска – вычисляется при подаче на вход ступеньки напряжения сигнала. Этот параметр зависит от многих факторов.

Входные токи смещения, Iвх(+) и Iвх(–) наблюдаются во входных выводах независимо от того, выполнены входы усилителей У1 и У2 на биполярных или полевых транзисторах. Просто в последнем случае они много меньше, но сильнее зависят от температуры. Сами абсолютные значения этих токов менее существенны, нежели их разность. Следует также помнить, что токовые пути входных токов (токов смещения) ни в коем случае не должны разм ы- каться.

Подавление синфазной помехи. В зарубежной литературе ис-

пользуются два понятия, определяющие эту характеристику усилителей.

Одно из них CMRR (common-mode rejection ratio) означает от-

ношение коэффициента передачи усилителя по полезному сигналу к коэффициенту передачи по синфазной помехе, выраженное в разах.

Другое CMR (common-mode rejection) принято выражать не в разах, а в децибелах.

5.7. Использование дополнительных выводов

Инструментальные усилители, помимо входных выводов, выходного вывода, выводов питания и земли иногда оснащают до-

полнительными выводами "sense" и "reference" (рис. 5.11, а).

Вывод "Ref" служит для смещения выхода усилителя путем подачи на него внешнего фиксированного напряжения. В обычных применениях "Ref" подключается к общей точке отсчета напряжений (рис. 5.11, б).

Если же необходимо сместить выходное напряжение, например, для компенсации выходного остатка, то может быть рекомендована схема, представленная на рис. 5.12, а.

103

Здесь требуемое напряжение смещения снимается с потенциометра П. Его величина и знак оп ределяются положением движка. Напряжение с потенциометра на точку "Ref" подается через повторитель напряжения. Выходное сопротивление усилителя А4, как известно, практически равно нулю. Если усилитель А4 имеет общую точку отсчета напряжений с измерительным усилителем, то точка "Ref" оказывается здесь подключенной к общей точке.

Вывод "Sensе" чаще всего подключается непосредственно к выходу ИУ, но возможны и другие варианты подключения. Так, если ИУ умощняется по выходу последовательным включением усилителя мощности УМ (рис. 5.12, б), то выход "Sensе" подключается к выходу УМ.

Иногда для обеспечения условия максимального подавления синфазной помехи между выходом и точкой "Sensе" приходится вводить дополнительный резистор (пунктир на рис. 5.12, б).

Изложенные выше соображения состоятельны для всех типов измерительных усилителей. Это относится и к измерительным усилителям, выполненным на основе операционных с однополярным питанием.

Инструментальный усилитель позволяет преобразовать дифференциальный входной сигнал в ток, т.е. можно на его основе строить управляемые источники тока (рис. 5.13).

Рис. 5.13

Если усиление инструментального усилителя по напряжению Ku = (1+Rвн/R), то Uвых = Uвх(1+Rвн/R), где Rвн – параметр усилите-

105