101.Время-импульсный и частотно-импульсный методы ац преобразования.

По типу АЦП цифровых вольтметров могут быть разделены на четыре основные группы: кодоимпульсные; времяимпульсные; частотно-импульсные; пространственного кодирования.

В настоящее время цифровые вольтметры строятся чаще на основе  время импульсного преобразования.

В основе принципа действия вольтметра времяимпульсного (временного) типа лежит преобразование с помощью АЦП измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняется счетными импульсами, следующими с известной частотой следования.

Рис.8.4. Цифровой вольтметр с времяимпульсным преобразованием:

а – структурная схема; б- временные диаграммы

В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорционально уровню измеряемого напряжения.

102. Измерительные и электрометрические операционные усилители (Гусев, Гусев Электроника и микропроцессорная техника).

Измерительный усилитель, также называемый инструментальным усилителем , принципиально не отличается от дифференциального усилителя, однако обладает очень высоким входным сопротивлением, высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала, низким напряжением смещения.

• Может быть построен путем добавления неинвертирующих буферных усилителей к каждому входу дифференциального усилителя для увеличения входного сопротивления.

• Существуют также реализации на основе двух операционных усилителей.

Наиболее часто используемая схема измерительного усилителя показана на рисунке. Измерительный усилитель представляет собой двухкаскадный усилитель. Первый каскад — дифференциальный усилитель на двух взаимосвязанных неинвертирующих усилителях. Для повышения входного сопротивления входной каскад строят на двух отдельных (невзаимосвязанных) неинвертирующих усилителях. Второй каскад — дифференциальный инвертирующий усилитель. Буферные взаимосвязанные неинвертирующие усилители увеличивают входное сопротивление (импеданс) низкоимпедансного дифференциального инвертирующего усилителя. Резистор   — общий для обоих неинвертирующих усилителей.

Коэффициент усиления напряжения дифференциального инвертирующего усилителя равен

коэффициент усиления напряжения всей схемы составляет:

Электрометрические операционные усилители

Эти усилители предназначены для измерения напряжения и тока сверхмалых значений. Измерение напряжения производится в диапазоне от 0 до 100 мВ, а измерение тока - от 10^-16 до 10^-3 А. Для электрометрических усилителей основным параметром является большое входное сопротивление. Они работают в области частот от 0 до 10 Гц. Основной погрешностью этих усилителей является временной и температурный дрейфы нуля. Электрометрические усилители нашли большое применение для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков.

На рис. 9.19 показана схема и характеристики термостабильного электрометрического усилителя, который позволяет измерять минимальный ток 10^-5 А. Выходное напряжение при этом равно 50 мВ. Усилитель содержит входной каскад на сборке полевых транзисторов DA₁. Сигнал с полевых транзисторов подается на вход ОУ. Для балансировки схемы служат потенциометры R₅ и R₁₀. Временной дрейф схемы составляет 20 мВ/ч, а температурный - 5 мВ/°С.

На рис. 9.20 приведена схема простого мостового усилителя, которая позволяет измерять входной ток до 10^-15 А с входным сопротивлением более 10¹⁴ Ом. Коэффициент усиления схемы равен 10.

На рис. 9.21 приведена схема простого измерительного усилителя. Этот вольтметр позволяет измерять напряжение от -1 до 1 В. Входное сопротивление - 100 МОм. При нулевом напряжении на входе через измерительный прибор протекает ток, значение которого регулируется резистором R₂. С помощью этого резистора стрелка прибора устанавливается 6 середине шкалы.

• Прецизионные ОУ имеют очень малые напряжения смещения, применяются в точных измерительных схемах. Обычно ОУ на биполярных транзисторах по этому показателю несколько лучше, чем на полевых. Также от прецизионных ОУ требуется долговременная стабильность параметров. Исключительно малыми смещениями обладают стабилизированные прерыванием ОУ. Примеры: AD707, AD708, с напряжением смещения 30 мкВ, а также новейшие AD8551 с типичным напряжением смещения 1 мкВ.

• С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ, имеющие полевые транзисторы на входе, обладают малым входным током. Но среди них существуют специальные ОУ с исключительно малым входным током. Чтобы полностью реализовать их преимущества, при проектировании устройств с их использованием необходимо даже учитывать утечку тока по печатной плате. Пример: AD549 с входным током 6·10⁻¹⁴ А.