Усилители постоянного тока (УПТ). Активные масштабные преобразователи

Активные масштабные преобразователи.

Измерительные усилители используются для усиления сигналов постоянного и переменного токов.

Связь между входным и выходным сигналами в усилителе непрерывная и однозначная.

Усилители выполняются с нормированной погрешностью коэффициента передачи и позволяют измерять сигналы от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью 0,1... 1%.

Классификация усилителей возможна по ряду признаков:

- по полосе пропускания частот,

- по роду усиливаемого электрического сигнала,

- по типу применяемых усилительных элементов,

- по числу каскадов усиления и т.д.

Усилители переменного тока.

По ширине полосы и абсолютным значениям частот усиливаемых сигналов электронные усилители переменного тока делятся на:

- усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления сигналов с частотой от десятков Гц до 15-20 кГц;

- усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления сигналов во всём диапазоне частот, используемых электроникой;

- широкополосные усилители, позволяющие усиливать сигналы в широкой полосе частот (например, от десятков Гц до нескольких МГц).

Импульсные усилител и представляют собой широкополосные усилители, полосу пропускания которых выбирают так, чтобы искажение формы усиливаемого импульса было наименьшим.

Форма импульса определяет его спектр.

Чем круче фронт импульса, тем шире его спектр в области верхних частот; чем длительнее пологие участки импульса, тем больше низкочастотных составляющих в спектре.

В структуре усилителя могут быть цепи, осуществляющие передачу части энергии с его выхода во входную цепь или передачу энергии с выхода последующих каскадов во входные цепи предыдущих и называемые цепями обратной связи.

Количественно обратная связь оценивается коэффициентом передачи цепи обратной связи β, показывающим, какая часть выходного сигнала поступает на вход схемы.

В зависимости от соотношения фаз напряжения, поступающего по цепи обратной связи U_β, и входного напряжения U_вх, различают положительную и отрицательную обратные связи.

В усилителях используется отрицательная обратная связь (ООС), позволяющая повысить точность измерительных усилителей.

Это усилители, способные усиливать медленно меняющиеся во времени сигналы.

Низшая рабочая частота таких усилителей f_низ = 0, высшая f_выс определяется назначением усилителя.

Усилители постоянного тока применяются для усиления как медленно меняющихся сигналов, так и слабых сигналов переменного тока (например, для усиления сигналов с датчиков (термопар, фотодатчиков, тензодатчиков и др.), в осциллографах и т.д.).

Для соединения каскадов используется непосредственная связь. Отсутствие в межкаскадных связях реактивных элементов позволяет передавать постоянную и переменную составляющие сигнала.

Из-за этого УПТ свойственно такое явление, как дрейф нуля.

Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при постоянном или нулевом сигнале на входе.

Дрейф нуля обычно оценивают изменением за единицу времени входного напряжения U_вх.др., которое вызывает эквивалентное изменение выходного напряжения:

U_вх.др. = U_вых.др./K_U,

где K_U - коэффициент усиления по напряжению.

Причины дрейфа нуля: изменение питающих напряжений, температуры, постепенное изменение параметров активных и пассивных элементов схем.

Основные меры уменьшения дрейфа:

- предварительный прогрев усилителя;

- стабилизация напряжения источников питания;

- использование компенсационных схем, элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры;

- преобразование постоянного тока в переменный и усиление переменного тока с последующим преобразованием в постоянный (МДМ).

В настоящее время промышленностью широко выпускаются операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении.

Операционными усилителями называют усилители постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, отличающиеся высоким коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Условное обозначение ОУ:

В зависимости от полярности сигналов на выходе один из входов называется инвертирующим, другой - неинвертирующим.

Для ОУ типичны следующие значения параметров:

- коэффициент усиления k = 10⁵-10⁶;

- дрейф нуля ε = 2-3 мкВ/ºC;

- входной ток I_вх.ср. = 5-10 нА.

Принципиальная схема ОУ содержит, как правило, 1, 2 или 3 каскада усиления напряжения, причём входной каскад всегда выполнен по дифференциальной схеме.

Для повышения точности измерительных усилителей широко применяется отрицательная обратная связь.

Дата добавления: 2014-01-07