4. Гальванометрические усилители предназначены для измерения малых постоянных или медленно меняющихся токов. Их применяют для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков, имеющих большое выходное сопротивление. Создать усилители с большим входным сопротивлением на биполярных транзисторах путем введения ООС в широком диапазоне частот практически невозможно. По этой причине почти все практические схемы гальванометрических усилителей имеют входные каскады с полевыми транзисторами. В этом случае сравнительно просто получить большое входное сопротивление и низкий уровень шумов.
1. УПРАВЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ
Настройка усилителя на ОУ.
Схема с ОУ (рис. 4.1) считается настроенной, если при Е1 = Е2 = Е3 = 0 выходное напряжение равно нулю. Этот режим работы ОУ устанавливается при условии R6 = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4) (рис. 4.1,a); I/R3 + I/R4 + I/R5 = I/R1 + I/R2 (рис. 4.1,б). При точной настройке усилителя значительно ослабляется влияние изменения входных токов от температуры и прочих воздействий на дрейф выходного сигнала. Это очень важно при создании усилителей постоянного тока, для усилителей переменного тока и фильтров, во избежание ограничения динамического диапазона устройств.
Плавная регулировка коэффициента передачи.
На рис. 4.2 показано несколько схем включения ОУ, в которых осуществляется плавная регулировка коэффициента передачи. Обозначим Rn — входное дифференциальное сопротивление, Ку. и — коэффициент усиления ОУ без ОС. На рис. 4.2 показаны схемы, которые имеют следующие параметры:
Дискретное изменение коэффициента передачи.
Дискретный способ регулирования усиления применяется при точных измерениях исследуемого сигнала. Приведены две схемы (рис. 4.3), которые отличаются режимами работы усилителя в моменты переключения с контакта на контакт. В первом случае один из входов ОУ находится в свободном положении. Здесь входной сигнал не проходит на выход. Во втором случае вход ОУ подключается через резистор R1 к общей шине. В этом режиме усилитель обладает максимальным усилением. От входного сигнала усилитель переходит в режим насыщения.
Температурная стабилизация ОУ.
Для температурной стабилизации ОУ к его инвертирующему входу подключена терморегулирующая цепочка (рис. 4.4). Эта цепочка построена на двух стабилитронах. Стабилитрон VD1 имеет отрицательный ТКН, стабилитрон VD2, включенный в прямом направлении, имеет положительный ТКН. В результате с помощью потенциометра R2 можно выбрать любое значение ТКН, которое необходимо для ОУ. С помощью потенциометра R4 компенсируется постоянное напряжение, поступающее от стабилитронов.
2. СДВОЕННЫЕ ОУ
Последовательное соединение двух ОУ.
Последовательное соединение двух ОУ (рис. 4.5) позволяет получить большой коэффициент передачи, широкополосность и малый дрейф. Широкополосные усилители, как правило, имеют большой временной и температурный дрейф. В составном усилителе стабильный каскад с малым дрейфом непрерывно компенсирует напряжение сдвига нуля. Схема рис. 4.5,а, имеет два обособленных усилителя. Для настройки схемы необходимо иметь резисторы с точностью сопротивления 0,1 %. На схеме рис. 4.5,б существует общая ООС, которая стабилизирует первый ОУ. В этой схеме резистор R1 должен иметь точность 0,1 %, а резистор R2 — 10 %. Дрейф нуля меньше 1 мВ при коэффициенте передачи 103.
Плавная регулировка коэффициента передачи параллельно включенных ОУ.
Схема усилителя, приведенного на рис. 4.6, позволяет плавно уменьшать сигнал на одном выходе при одновременном увеличении его на другом. Если потенциометр R5 находится в положении, когда точка соединения резисторов R3 и R4 подключена к общей шине, то входной сигнал проходит через интегральную микросхему DA2. В другом крайнем положении потенциометра работает микросхема DA1 При прохождении входного сигнала через одну интегральную микросхему на входе другой сигнал не равен нулю. За счет сопротивления контактов входной сигнал ослабляется только на 80 дБ. В среднем положении потенциометра работают оба усилителя. В этом положении входное сопротивление схемы равно 70 кОм.