= 1МОм/100к = 10. Отсюда общее усиление сигнала, снимаемого

смоста, KuΣ = Ku1 Ku2 = 100×10 = 1000.

6.5.Сравнение изолирующих усилителей

Трансформаторные изолирующие усилители обеспечивают большую линейность. Их точность соответствует 12...15-му разрядам при полосе пропускания до десятков-сотен килогерц. Пробивное напряжение здесь высокое – 20...10 кВ. В этом подсемействе усилителей, как правило, во встроенном блоке питания содержится трансформатор, обеспечивающий гальванически развязанное питание входной и выходной секций. При этом микросхема такого усилителя питается от единого внешнего источника.Недостаток таких усилителей – повышенная стоимость и увеличенные массогабаритныехарактеристики из-за встроенных в них трансформаторов.

Усилители с емкостной изоляцией более широкополосные. В них сигналы постоянного тока преобразуются в переменный либо широтно-импульсной модуляцией, либо преобразованием напряжения сигнала в частоту. Как и в случае трансформаторных ус и- лителей, здесь происходит демодуляция сигнала на входе выходной секции усиления с преобразованием сигнала переменного тока в постоянный. Питание таких усилителей может быть либо встроенным, либо от батарейки, либо от внешних блоков питания.

Как встроенный, так и внешний блок питания, выполняются по принципу преобразователя постоянного напряжения в постоянное (DC/DC конвертор), работающего на постоянной частоте. В случае встроенных блоков питания их частота синхронизируется с частотой дискретизации сигнала. Поскольку частота дискретизации сигнала во много раз превышает полосу пропускания усилителя, то пульсации напряжения в канале усилителя существенно ослабляются.

Проблема помех возникает при неудачном выборе DC/DC конвертора. Как известно, частота дискретизации входного сигнала должна не менее чем вдвое превышать максимальную частоту дискретизируемого сигнала. В ином случае появляются ошибки дискретизации в виде разностных частот, могущих лежать в полосе сигнала. При этом выбор конвертора упрощается, если сигнал подвергается частотно-импульсной модуляции. В этом случае

123

максимальная частота спектра сигнала обратно пропорциональна длительности импульса tи = const, т. е. она известна. При широт- но-импульсной модуляции сигнала tи = var, т.е. максимальная частота спектра сигнала не может быть определена.

На помеховую ситуацию в изолирующих усилителях существенно влияют пульсации напряжения питания. От них приходится избавляться П-образными C-R-C или даже C-L-C фильтрами.

Источником помех в таких усилителях могут стать продольные помехи, если скорость их изменения велика. В этом случае они проходят через емкостный изолирующий барьер или через межобмоточные емкости трансформаторов, используемых в качестве изолирующего барьера.

В целом трансформаторные изолирующие усилители более громоздки, дороги и обладают меньшим быстродействием.

Изолирующие усилители с емкостным барьером более быстродействующие и дешевые. Динамический диапазон здесь составляет от 9 до 12 разрядов.

Изолирующие усилители с оптической связью имеют самую низкую стоимость. Они могут передавать сигналы постоянного и переменного тока без преобразования, т.е. в их состав не входят модуляторы и демодуляторы. Наличие обратных связей во входной ступени таких усилителей, безусловно, увеличивает их линейность. К сожалению, она оказывается недостаточной для прямой передачи прецизионных аналоговых сигналов. Их достоинства – высокое быстродействие и дешевизна.

Контрольные задания

1.Объяснить назначение изолирующих усилителей на примере их применения в измерительных системах.

2.Объяснить принцип построения и особенности изолирующих усилителей с трансформаторным барьером.

3.Объяснить принцип действия и особенности изолирующих

усилителей с емкостным барьером.

4.Объяснить принцип действия и особенности изолирующих усилителей с оптическим барьером.

5.Провести сравнительный анализ изолирующих усилителей с разными барьерами.

124