Главная Промышленная автоматика.

выдаваемых высокоомными источниками тока. Фиг. 5.9 иллюстрирует одно из преимуществ схемы преобразования тока в напряжение при использовании ее в качестве быстродействующего усилителя для фотодиода. Неинвертирующий усилитель, показанный на фиг. 5.9, а, пригоден для работы только на низких частотах, так как диод генерирует фототок всего в несколько микроампер, а, следовательно, R должно быть очень велико, и паразитная емкость неинверсного входа усилителя будет ограничивать частотную характеристику. Схема усилителя тока на фиг, 5.9, б обладает намного лучшими частотными свойствами, поскольку напряжение на инверсном входе всегда является потенциальной землей и паразитная емкость не будет заряжаться или разряжаться при изменениях фототока.

Измерительный усилитель

В аналоговых измерениях датчики сигналов часто расположены на некотором отдалении от измерительной системы, уровни их сигналов малы, а выходные сопротивления велики. Уси-


Фиг. 5.10. Измерительный усилитель на трех операционных усилителях.

лнтель общего назначения для нормирования этих сигналов должен иметь дифференциальный вход, высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазных сигналов и простую подстройку коэффициента усиления. Схема из трех операционных усилителей (фиг. 5.10) отвечает всем этим требованиям. Схема имеет два каскада усиления. Первый каскад состоит из Л,, Л, R и R[. Второй каскад, составленный из Лд, R, R, R и /?4,представляет собой стандартный усилитель, рассмотренный выше.




Взяв первый каскад в отдельности, мы можем проанализировать его характеристику для дифференциального входа в соответствии с фиг. 5.11, а. Так как дифференциальное входное напряжение у каждого операционного усилителя близко к нулю, напряжение, подаваемое на вход с каждой стороны от Rz, определяет ток через этот резистор. Так как этот ток проходит также через

и R\, можно вычислить напряжение на каждом выходе. Дифференциальный коэффициент усиления данного каскада равен

А1вых /, , /?. \ /с 20)

+ВБо-

-0 + /5В

К, 900


-0-5В

Поскольку сигнал на входе дифференциальный и средняя точка Ri потенциально заземлена, это выражение аналогично коэффициенту усиления неинвертирующей схемы усиления.

На фиг. 5.11,6 та же схема показана при синфазном напряжении на входе. Так как в данном случае падение напряжения на 2 равно нулю, ток через /?р /?2 или R[ не течет. Поэтому синфазный коэффициент усиления равен единице независимо от величин резисторов. Коэффициент ослабления синфазного сигнала для данного каскада равен

косс =

Фиг. 5.11. Измерительный усилитель прн дифференциальном (й), синфазном (б) и дифференциальном и синфазном (в) входных сигналах.

А . • (5.21)

"синф

где Ajx и Лсинф - соответственно разностный и синфазный коэффициенты усиления.



На фиг. 5.11,е каскад показан при подаче на вход как дифференциального, так и синфазного сигналов, и видно, что синфазный сигнал на выходе равен входному синфазному сигналу (-(-5 В). Большая часть этого синфазного сигнала будет подавлена во втором каскаде. Общий коэффициент усиления обоих каскадов составляет

Это усиление легко можно подстраивать без нарушения симметрии схемы путем изменения сопротивления R2.

Первый каскад можно использовать и отдельно, если необходимо, чтобы как вход, так и выход были дифференциальными.

Аналоговый интегратор

Схема интегратора на фиг. 5.12 совершенно идентична инвертирующему усилителю, за исключением того, что вместо резистора обратной связи здесь включен конденсатор. Как и в инвертирующем усилителе, инверсный вход операционного усилителя будет стремиться оставаться под потенциалом земли, а это означает, что 1% должен быть равен ti. Однако ток через конденсатор может протекать лишь тогда, когда напряжение на нем изменяется. В интеграторе скорость изменения выходного напряжения пропорциональна напряжению на входе. В интегральной форме это записывается следующим образом:

На фиг. 5.12,6 показан выходной сигнал интеграторам функции времени при ступенчато изменяющемся входном напряжении и при О В на конденсаторе в начальном состоянии. Скорость изменения Увых можно выразить в виде

=-Ж- (5.24)

Обратим внимание на то, что выходное напряжение не возвращается к нулю, если напряжение на входе становится равным нулю; выход просто перестает изменяться. Таким образом, вы- . ходное напряжение в любой момент времени определяется предысторией входного напряжения. Выходное напряжение фактически пропорционально площади, ограниченной кривой входного сигнала от = О до некоторого момента времени Т.

При подаче на вход интегратора синусоидального сигнала получается фильтр нижних частот, коэффициент усиления которого обратно пропорционален частоту.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [56] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0038