Основным недостатком схемы дифференциального усилителя, изображенной на рис. 3.40, является низкое входное сопротивление, которое может значительно нагрузить объект измерения. Эту проблему можно решить, введя два дополнительных усилителя напряжения, которые компенсируют входное напряжение (как на рис. 3.38(Ь)) и тем самым обеспечивают высокое входное сопротивление. Схема при этом имеет вид, указанный на рис. 3.41. Если сначала мы не будем принимать во внимание пунктирное перекрестие в точке А (средняя точка остается заземленной), то входные каскады эквивалентны неинвертирующим усилителям на рис. 3.38(Ь). Их выходы соединены со входами дифференциального усилителя. Входные каскады усиливают синфазный сигнал так же, как и дифференциальный. Все, чего мы здесь достигли, — это высокое входное сопротивление, но коэффициент ослабления синфазного сигнала остался тем же самым. Его можно значительно улучшить, если отсоединить точку А от земли. В этом случае коэффициент усиления синфазного сигнала обоими входными усилителями уменьшается до единицы. Поэтому при v1 = v2 = vc напряжения v’1 и v'2 также равны vc. Величину дифференциального коэффициента усиления можно рассчитать, полагая v1 =+vd/2 и v2=-vd/2 Напряжения между входными клеммами обоих операционных усилителей A01 и А02 очень близки к нулю из-за большого коэффициента усиления усилителей без обратной связи, и, следовательно, напряжение на двух резисторах Ra равно v1 - v2 = vd . Ток, протекающий через эти резисторы, равен vd /(2Ra) Этот ток также течет по обоим резисторам Rb , поскольку входной ток самого операционного
204 Измерительные приборы в электрических измерениях____________
усилителя пренебрежимо мал. Поэтому v’1 =vd /2 + vdRb/(2Ra) и, аналогично, v'2 = -vd/2-vdRd/(2Ra). Таким образом, дифференциальный коэффициент усиления двух входных каскадов равен:
|
|
Коэффициент усиления второго каскада мы уже вычисляли:
 |
 |
Здесь через КОСС2 обозначен коэффициент ослабления синфазного сигнала дифференциального усилителя напряжения во втором каскаде рассматриваемого измерительного усилителя. Полный коэффициент ослабления равен дифференциальному коэффициенту усиления первого каскада, умноженному на коэффициент ослабления синфазного сигнала второго каскада. Следующие числовые значения являются типичными: если Ra = 1 кОм, a Rb = 100 кОм, то Аd1 = 101, а при R1 = 1 кОм и R2 = 100 кОм также и Аd2 = 100. Так как отношение R2 / R1 никогда не бывает, в действительности, точно равным R’2/R’1 , KOCC2 будет иметь конечное значение. Мы можем вычислить этот коэффициент ослабления, предполагая, что резисторы имеют погрешность менее 1%. Тогда коэффициент ослабления синфазного сигнала во втором каскаде будет превышать 2500. Таким образом, для усилителя в целом Ad = 10100, а КОСС > 25х104.
В заключение можно сказать, что применение входного каскада перед дифференциальным усилителем увеличивает дифференциальный коэффициент усиления и повышает коэффициент ослабления синфазного сигнала. В нашем рассмотрении предполагалось, что операционные усилители ведут себя как идеальные (квазистатика). Мы игнорировали тот факт, что коэффициент усиления А0 зависит от частоты, и по этой причине мы имеем дело с динамической системой. С ростом частоты коэффициент усиления А0 усилителя без обратной связи уменьшается, что приводит к уменьшению глубины обратной связи и увеличению погрешности. Сдвиг фаз в усилителе на высоких частотах может привести даже к тому,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
