Сумматоры напряжений и токов.

С умматор напряжений предназначен для вычисления алгебраической суммы нескольких входных напряжений. Различают инвертирующий и неинвертирующий сумматоры на ОУ.

Принципиальные электрические схемы инвертирующего (а) и неинвертирующего (б) сумматоров напряжения, где N – число входов.

В инвертирующем сумматоре-

В неинвертирующем сумматоре-

В электронных устройствах промышленного назначения преобразователи тока в напряжение и сумматоры токов используются очень часто, так как датчики первичной информации в большинстве своем имеют токовый выходной сигнал и цифро-аналоговый преобразователь невозможно построить без сумматора токов.

Принципиальные электрические схемы неинвертирующего (а) и инвертирующего (б) сумматоров (преобразователей) токов, где R_г1, R_г2, R_г3 – внутренние сопротивления источников входных токов.

Рассмотрим схему на рис а, в которой I₁, I₂, I₃ – выходные токи источников токов. Согласно первому закону Кирхгофа I=I₁+I₂+I₃. Так как входной ток ОУ пренебрежимо мал, ток I протекает через сопротивление R₀. Падение напряжения на резисторе U₀=I∙R₀ усиливается неинвертирующим усилителем постоянного тока:

или ,

где входные токи I₁, I₂ и I₃ могут иметь разные направления протекания.

Так как R_г1≠R_г2≠ R_г3, весовые коэффициенты k₁≠k₂≠k₃, и выходное напряжение будет равно для неинвертирующего .

Для устранения влияния температурной нестабильности входных токов ОУ необходимо обеспечить равенство R₀=R₁||R₂.

В инвертирующем сумматоре токов суммарный ток I=I₁+I₂+I₃ течет через резистор R₂, и, так как U₀=U_вых/K₀→0, выходное напряжение ОУ будет равно .

Для повышения температурной стабильности схемы необходимо, чтобы R₁=R₂. Направление протекания входных токов и их количество значения не имеют.

Обе рассмотренные схемы могут работать в качестве преобразователей тока в напряжение, когда к входу сумматоров присоединен только один источник входного тока. В практической электронике лучше всего использовать сумматоры токов на инвертирующей схеме ОУ, так как неинвертирующая схема обладает некоторой погрешностью вычисления

Измерительный дифференциальный усилитель.

Измерительный (инструментальный) дифференциальный усилитель, получил такое название, потому что очень широко используется в измерительной электронике для усиления выходного сигнала мостовых схем. Этот усилитель отличается от простейшего очень большим входным сопротивлением и более высоким коэффициентом усиления. Более того, в отличие от приведенных выше схем, в этом усилителе коэффициент усиления регулируется только одним резистором R₁.

Видим, что усилитель имеет два каскада. Во втором каскаде обязательно осуществляется балансировка (на схеме не показано) для установки U_сдв = 0 при U_вх.1 =U_вх.2 = 0.

Входной каскад объединяет два неинвертирующих усилителя.

Принципиальная электрическая схема измерительного дифференциального усилителя.

Коэффициент усиления первого каскада;

.

Выходное напряжение первого каскада усиливается вторым каскадом, имеющим коэффициент усиления

K₂ = – К, где , так как R₄=R₆ и R₅=R₇.

Сквозной (полный) коэффициент усиления

Знак « – » означает, что рассмотренный усилитель инвертирующий. В первом и во втором каскадах измерительного усилителя для устранения влияния средних входных токов ОУ DA1 и DA2 должно выполняться условие равенства сопротивлений в цепях инвертирующего и неинвертирующих входов.

Входное сопротивление измерительного усилителя очень большое, как у неинвертирующего усилителя, выходное сопротивление очень низкое и приближается к нулю. Эти параметры расчетным путем, как правило, не уточняются и принимаются как состоявшийся факт.