При высокой чувствительности устройства – при большом его коэффициенте усиления – уровень помехи может оказаться недопустимо большим. Ситуация еще больше усугубляется, если по общей шине протекают токи Iвн других устройств.

В прецизионных измерительных системах ток величиной в несколько миллиампер, протекающий через участок общей шины с сопротивлением в несколько десятитысячных долей ома, создает на нем падение напряжения в несколько сотен микровольт. Уже этого падения напряжения во входной цепи первого узла может оказаться более чем достаточно для того, чтобы сделать его неработоспособным.

Выходом из положения является разрыв общей шины с тем, чтобы на участке общей шины, входящем в состав входной цепи узла 1, не было падений от токов других узлов и внешних токов. При этом для узлов с малой чувствительностью – узлов 2 и 3 – можно сохранить принцип общей шины (рис. 6.4, в).

Для высокочувствительных устройств необходима защита от синфазных напряжений – введение изолирующего барьера ИБ – и размыкание шины земли. Это означает необходимость питания узлов, разделенных изолирующим барьером, от различных источников (рис. 6.4, в).

Изолированные узлы могут иметь разные потенциалы общих точек, т.е электрические связи, обозначенные пунктирными линиями, здесь отсутствуют. Входной узел подсоединен к общей точке ОТ1 с плавающим потенциалом, а выходной имеет потенциал корпуса.

Существующие изолирующие усилители позволяют реализовать любое из упомянутых схемотехнических решений.

Семейство изолирующих усилителей очень обширно. Тем не менее, его можно разделить на три группы:

•с трансформаторным барьером;

•с оптическим барьером;

•с конденсаторным барьером.

6.2. Трансформаторный развязывающий усилитель

Функциональная блок-схема усилителя приведена на рис. 6.5. Вход схемы образован операционным усилителем ОУ1 повышен-

112

ной точности. С помощью выводов 4, 3 и 2 на его основе можно конфигурировать любой линейный усилитель: инвертирующий, неинвертирующий, повторитель напряжения и инвертирующий сумматор. Изолирующий барьер здесь образован трансформатором Т1. Поскольку трансформатор не пропускает сигналы постоянного тока, то для их передачи выход операционного усилителя ОУ1 подключен к первичной обмотке трансформатора через модулятор М. Это позволяет подавать на вход развязывающего усилителя сигналы как переменного, так и постоянного тока.

Несущая частота составляет 25 кГц. Модуляция осуществляется с подавлением несущей, что позволяет передать на вых од трансформатора информацию как о величине, так и о знаке (фазе) входного сигнала. Напряжение с выхода трансформатора поступает на синхронный детектор (демодулятор или фазочувствительный выпрямитель), подключенный к фильтру нижних частот. В результате на зажимах "Вых1 – Вых2" наблюдается постоянное напряжение, величина которого пропорциональна входному сигналу, а его знак соответствует знаку (фазе) входно го. Отсчет вы-

113

ходного напряжения возможен относительно либо точки "Вых1", либо "Вых2". Результаты отличаются знаком напряжения.

Питание данного развязывающего усилителя осуществляется от специальной микросхемы напряжением прямоугольной формы. Узлы ОУ1, М, БП1 и первичная обмотка трансформатора Т1 образуют здесь входную секцию С1. Она отделена гальванически от выходной секции С2 (демодулятор, вторичная обмотка Т1 и преобразователь напряжения ПРН) как по цепи передачи сигнала – трансформатор Т1, так и по цепи питания – трансформатор Т2.

Напряжение на зажимах блока питания БП1 можно использовать как для питания электронных устройств, предшествующих развязывающему усилителю, так и для компенсации остаточных напряжений собственно развязывающего усилителя. Секция С1 имеет общую шину (общий провод О.Пр.1) отсчета напряжений.

Это одновременно и средняя точка источника напряжения ±Uп. Выходная секция С2 (синхронный детектор и преобразователь

напряжения) имеет собственную общую шину О.Пр.2. Подключая к ней тот или другой зажим выходного напряжения, можно инвертировать знак выходного напряжения.

Существуют более современные модификации разделительного усилителя (рис. 6.6).

Рис. 6.6

114

Основным отличием является наличие в нем повторителя напряжения после синхронного детектора, а несущая частота выбрана равной 50 кГц, что делает усилитель более широкополосным.

Использование встроенного источника питания для балансировки усилителя показано на рис. 6.7, а, б. При этом усилитель – секция С1 (рис. 6.7, а) применяется как инвертирующий, а тот же усилитель на рис. 6.7, б как неинвертирующий.

а

б

Рис. 6.7

115