2.3 Усилитель тока

Типовая схема использования ОУ в качестве усилителя слабых сигналов от чувствительных элементов, действующих как источник тока, может быть представлена так, как показано на рис. Е. Чувствительный элемент в такой схеме работает при почти нулевой и почти неизменной разности потенциалов, а напряжение на выходе . Для надежной работы схемы номинал резистора должен быть намного больше, чем номинал резистора . Так усиливают, например, сигналы от фотодиодов.

2.4 Компаратор Компаратор сравнивает напряжение сигнала на одном входе с опорным напряжением, имеющимся на его другом входе.. Компаратор применяют в следующих схемах:

1. В триггере Шмитта или схеме формирования сигнала, преобразующей сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.

2. В детекторе нуля — схеме, индицирующей момент и направление прохождения входного сигнала через 0 В.

3. В детекторе уровня — схеме, индицирующей момент достижения входным напряжением данного уровня опорного напряже­ния.

На рис. (10)представлен график напряжения треугольной формы Е_вх, приложенного ко входу (—) операционного усилителя. Вход (+) соединен с землей. когда Е_вх отрицательно, U_вых находится на уровне +U_нас, при положительном E_вх U_вых= - U_нас.

В момент прохождения Е_вх через О В в положительном направле­нии U_вых переключается с +U_нас на уровень -U_нас, а при прохож­дении Е_вх через О В в отрицательном направлении U_вых перебрасы­вается с -U_нас на уровень +U_нас.

Рис .( 10). Детектор нуля с входным сигналом треугольной формы и результи­рующая форма сигнала на выходе.

2.5 Мостовая схема дифференциального усилителя

. Дифференциальные усилители предназначены для усиления разностных сигналов. Их особенностью является то, что усиленный выходной сигнал пропорционален разности напряжений на двух входах. При этом синфазные помехи, которые одновременно поступают на входы, ослабляются на 100–120 дБ. Они, как правило широкополосные (частотная полоса от 60 до 3000 МГц) и мало шумящие (плотность собственного шума – единицы нВ/Гц^1/2). Широко используются для усиления сигналов от мостовых схем и дифференциальных пар чувствительных элементов.

(28)

Рис. 11  Принципиальная электрическая схема моста

. Мостовую схему применяют тогда, когда под действием изменений в контролируемом объекте или процессе чувствительный элемент изменяет свою электропроводность, емкость или индуктивность, в общем случае – свой электрический импеданс. Электрическая схема моста показана на рис.11 Здесь – стабилизированный источник напряжения; U_{диф} – дифференциальное выходное напряжение. Импедансы Z_1, Z_2, Z_3, Z_4 могут быть активными, реактивными или комплексными. Выходное напряжение равняется нулю только тогда, когда мост "сбалансирован", т.е. когда выполняется соотношение

(29)

(30)

При изменении импеданса любого из плеч моста его баланс нарушается, и на выходе появляется разность напряжений. Обычно изменяется лишь один импеданс – импеданс чувствительного элемента. В методе дифференциальной пары для компенсации влияния таких внешних факторов, как температура, давление, сторонние электрические или магнитные поля используют 2 одинаковых чувствительных элемента, которые симметрично включают в разные плечи моста (например, и ). Один из них "следит" за контролируемым объектом или процессом, а другой изолирован от него. Тогда все сторонние внешние факторы одинаково влияют на оба чувствительных элемента и не приводят к разбалансировке моста. Одинаково реагировать на изменения внешних факторов должны также импедансы и , их обычно делают идентичными. Разбалансировка моста и выходное напряжение определяются в таком случае лишь изменениями в контролируемом объекте или процессе.

. Принципиальную схему автоматической нуль-балансировки моста можно представить в виде:

Напряжение с выхода дифференциального усилителя подается на регулятор , который в зависимости от знака этого напряжения может изменять величину импеданса в ту или другую сторону. Лишь когда мост полностью сбалансирован, напряжение на выходе усилителя равно нулю, и импеданс перестает изменяться. Регулятор выдает на свой выход величину изменения импеданса , которая пропорциональна изменению импеданса чувствительного элемента . Благодаря автоматической нуль-балансировке, чувствительный элемент все время работает при неизменном напряжении, и никаких нелинейностей, связанных с изменением напряжения на нем, не возникает.