12.8 Усилители тока

Усилители тока предназначены для преобразования малых токов в напряжение. Простейший способ преобразовать ток в напряжение – пропустить этот ток через резистор с известным сопротивлением. Однако при этом для увеличения чувствительности при измерении малых токов приходится существенно увеличивать сопротивление резистора, что:

а) приводит к нежелательному воздействию измерительной цепи на измеряемую;

б) требует повышения входного сопротивления последующих каскадов;

в) увеличивает инерционность цепи, вызываемую действием паразитных емкостей, в частности соединительной линии. Усилители тока на ОУ (рис. 12.14) позволяют в значительной мере избавиться от перечисленных недостатков.Коэффициент преобразования схемы (рис. 12.14, а) определяется соотношением Для схемы (рис. 12.14, б) он равен и позволяет избежать использования слишком больших сопротивлений.

Коэффициент преобразования схемы рис. 12.14, а определяется соотношением Для схемы рис. 12.14,б он равен и позволяет избежать использования слишком больших сопротивлений.

Входное сопротивление усилителя тока весьма мало: , где– входное сопротивление ОУ. Поэтому усилитель не оказывает обратного влияния на измеряемую цепь и обеспечивает малую постоянную времени входной цепи.

Если к усилителю тока не предъявляется требование высокого быстродействия, рекомендуется включать конденсатор между инвертирующим входом и выходом ОУ с целью уменьшения напряжения шумов на выходе.

12.9 Амплитудный детектор

Амплитудный детектор (рис. 12.15) предназначен для формирования постоянного выходного напряжения, пропорционального амплитуде входного переменного или импульсного напряжения. Основными элементами устройства являются диод VD1 и запоминающий конденсатор C. Использование ОУ позволяет измерять амплитуды малых входных напряжений, исключить погрешность за счет прямого падения напряжения на диоде VD1, увеличить нагрузочную способность. DA2 работает как повторитель напряжения на конденсаторе C, предотвращая его разряд током нагрузки и током обратной связи через резистор R. DA1 работает как компаратор, непрерывно сравнивая выходное напряжение со входным.

Пусть на вход амплитудного детектора подается последовательность прямоугольных импульсов положительной полярности. Подача припереводитDA1 в режим положительного ограничения. Конденсатор C заряжается через открывшийся диод VD1. С ростом напряжения на конденсаторе растет U_вых и напряжение на инвертирующем входе DA1. Как только оно чуть превысит амплитуду U_вх, напряжение на выходе DA1 резко уменьшается и диод VD1 закрывается. Схема переходит в режим хранения, при котором U_вых =U_{вх макс}. В интервале между импульсами диод VD2 ограничивает выходное напряжение DA1, предотвращая его насыщение.

В амплитудных детекторах необходимо предусматривать цепи, производящие периодический разряд запоминающего конденсатора, чтобы затем обновлять информацию об амплитуде входного напряжения.

12.10 Выпрямитель среднего значения

Выпрямители среднего значения дают на выходе напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна среднему значению выпрямленного входного напряжения. Использование ОУ в точных выпрямителях преследует цель уменьшить погрешности преобразования, обусловленные неидеальными вольт-амперными характеристиками диодов.

Когда входное напряжение положительно (рис. 12.16), оно через резистор R2 проходит на вход повторителя, собранного на ОУ DA2, и таким образом получаемU_вых=U_вх. Диод VD2 при этом закрыт и напряжение с выхода ОУ DA1 никак не влияет на состояние DA2. При отрицательном входном напряжении диод VD2 открывается и повторитель на ОУ DA2 оказывается подключенным к выходу ОУ DA1. Обратная связь в этом случае замыкается через резистор R3, и выходное напряжение равно . ЕслиR3=R1, то в целом для рассматриваемого выпрямителя получим , т.е. выходное напряжение оказывается равным абсолютному значению входного. При любом знаке входного сигнала выпрямитель имеет близкое к нулю выходное сопротивление. Требуется только два прецизионных резистора.