Измерительные усилители

Предисловие

В последнее время в электронике возникло и быстро развилось новое направление - цифровая обработка сигналов. Цифровые методы, основывающиеся на использовании микропроцессоров, проникли во множество областей радиоэлектроники и привели к созданию совершенно новых способов обработки сигналов. С помощью программных методов получены такие результаты, которые ранее были достижимы только сложными аппаратными средствами. Одновременно развивалась новая технология создания монолитных интегральных схем, объединяющих на одном кристалле аналоговые и цифровые устройства. Такие комбинированные микросхемы и гибкие системы цифровой обработки оказались исключительно перспективными благодаря своей дешевизне, относительной простоте и гибкости. При этом собственно аналоговая электроника, несмотря на совершенствование технологии операционных усилителей, как-то уходила в тень. Сейчас же хорошее знание аналоговой электроники приобретает большее значение, поскольку по мере развития систем цифровой обработки повышаются требования к качеству входных и выходных аналоговых сигналов. По-прежнему необходимо и аппаратное макетирование новых разработок независимо от того, производится ли оно в конструкторском бюро опытным инженером или в институтской лаборатории студентами, находящимися только в начале своего инженерного пути. Программное моделирование аналоговых схем, безусловно полезное и инженерам, и студентам, не заменит того непосредственного опыта, который дают экспериментальные исследования.

Измерительные усилители

Измерительный, или инструментальный, усилитель - это устройство с дифференциальным входом. Усилитель строится так, что он усиливает только разность напряжений, поданных на его входы (U_вх2 - U_вх1), и не реагирует на синфазное входное напряжение (см. рисунок). Для боль­шинства микросхем измерительных усилителей коэффициент усиления (передачи) по напряжению K_uнаходится между 1 и 1000.

В инженерной практике реальные устройства, как правило, заменяют­ся некоторыми идеализированными моделями, что дает возможность более наглядно представить себе пути решения поставленной задачи. Мо­дель может не отражать всех свойств реального объекта, но, во всяком случае, дает возможность определить, какие ее параметры нуждаются в уточнении. Итак, идеальный измерительный усилитель обладает следую­щими характеристиками: постоянный коэффициент усиления, не завися­щий от времени, частоты и амплитуды входного сигнала, сопротивления нагрузки, температуры и влажности; бесконечный коэффициент подавле­ния синфазного напряжения и изменений напряжения питания; нулевые входное и выходное напряжения смещения и дрейфы этих смещений, а также нулевой выходной импеданс при любых амплитудах сигнала, от­даваемого усилителем в нагрузку. Обычно инструментальный усилитель служит первым каскадом измерительной или преобразовательной схемы, где основным требованием является точность. Во многих случаях входной сигнал подается на измерительный усилитель с мостовой схемы или дат­чика, преобразующих неэлектрическую величину в аналоговый электри­ческий сигнал. Основные проблемы, которые приходится решать разра­ботчику при усилении этого сигнала для обработки последующими кас­кадами, связаны с подавлением шумов и нестабильностью коэффициента усиления при воздействии внешних факторов.