Оптроны
Другой способ разрыва контура заземления между двумя цепями реализуется путем использования оптрона (фиг. 3.25). Основная схема оптрона состоит из светоизлучающего диода (светодио-да), оптически связанного с транзистором, диодом или тиристором1). Оба элемента заключены в один корпус. Схема такого типа дает почти идеальную изоляцию от любой разности потенциалов земель, поскольку связь между схемами 1 и 2 осуществляется лишь через световой поток оптрона.
Оптроны особенно подходят для цифровых схем. Для аналоговых схем они менее пригодны, поскольку их линейность не всегда удовлетворительна. Однако недавно были разработаны аналоговые схемы с использованием методов оптической обратной связи для компенсации собственной нелинейности оптрона [12].
Дифференциальные усилители
Для уменьшения влияния продольного (синфазного) напряжения шумов можно использовать дифференциальный (с сбалансированным входом) усилитель, изображенный на фиг. 3.26, а, где U3 — продольное напряжение. Дифференциальный усилитель имеет два входных напряжения U1 и U2 и выходное напряжение, равное разности двух входных напряжений, умноженной на коэффициент усиления усилителя К, т. е. Uвыx=K(U1—U2).
На фиг. 3.26,6 показано, как при помощи несимметричного (или несбалансированного) усилителя можно построить модель реального дифференциального усилителя. Первичная обмотка трансформатора имеет средний заземленный вывод, и напряжение на двух ее половинах равно U1 и U2. Напряжение на вторичной
1) Имеются в виду фотоприемаые элементы — Прим. Ред.
Фиг. 3.23. Зависимость отношения Uж/U3 от частоты шумо» .
Фиг. 3.24. Простой способ введения в схему нейтрализующего трансформатора. (Вместо показанных на рисунке проводников можно использовать также коаксиальный кабель )
Фиг. 3 25. Применение оптрона для разрыва контура заземления.
обмотке (в предположении, что коэффициент трансформации 1 : 1) равно U1—U2. Напряжение на выходе такого усилителя в К раз больше этой разности напряжений точно так же, как и на выходе сбалансированного дифференциального усилителя.
Чувствительность любой из схем на фиг. 3.26 к напряжению шумов можно определить из эквивалентной схемы, представленной на фиг. 3.27. Для сопротивления Rh2, намного превышающего R3, входное напряжение усилителя, возникающее из-за наличия син-
Фиг. 3.26. Использование дифференциального усилителя (а) или усилителя с несимметричным входом вместе с трансформатором (б) для уменьшения эффектов,, связанных с синфазным напряжением шумов.
фазного напряжения шумов U3, определяется следующим образом:
(3.1𝟨)
Пример 3.2. Если на фиг. 3.27 U3=100 мВ, R3=0,01 Ом, Rr= 500 Ом, Rпp1=Rпp2= 1 Ом и Rн1=Rн2=10 кОм, то из уравнения (3.16) Uш=4,6 мВ. Однако если Rн1 и Rн2 были бы равны 100, а не 10 кОм, то мы имели бы Uш=0,5 мВ. Это соответствует уменьшению входного напряжения шумов почти на 20 дБ.
Из приведенного примера видно, что увеличение входного импеданса (Rн1 и Rн2) дифференциального усилителя уменьшает напряжение шумов, поступающее на вход усилителя из-за наличия U3. Из уравнения (3.16) следует, что уменьшение сопротивления источника Rr также уменьшает напряжение шумов, поступающее на усилитель. На фиг. 3.28 показаны модифицированные схемы фиг. 3.26, в которых увеличен входной импеданс усилителя по отношению к продольному напряжению U3 без увеличения входного импеданса для напряжения сигнала Ur путем добавления резистора
Фиг. 3.27. Эквивалентная схема для анализа схем на фиг 3 26.
R в заземляющий провод. При использовании дифференциального усилителя с большим импедансом экраны обоих входных кабелей и общий зажим источника сигнала следует заземлять у источника сигнала (схема Б на фиг. 3.18).