4. Усилители переменного напряжения

В том случае, когда усилитель предназначен только для усиления т переменной составляющей, в простейшем случае, в их входные цепи обычно включают разделительные конденсаторы.

С хема усилителя переменного напряжения на примере ДУ.

Такой усилитель имеет неравномерную АЧХ как в НЧ, так и ВЧ областях.

при R₁=R₃, R₂=R₄ C₁=C₂.

Верхняя граничная частота зависит от частотных свойств ОУ и цепей частотной коррекции.

Для построения НИ усилителя переменного напряжения с высоким входным сопротивлением можно использовать схему

Преобразователи электрических величин

1. Усилитель тока

УТ можно рассматривать как преобразователь тока в напряжение (I→U).

Простейшим способом преобразования тока в напряжение является пропускание тока через известное сопротивление R₀ и усиление полученного напряжения

и его усиление. Однако для увеличения чувствительности необходимо увеличивать R₀, что поводит к следующим отрицательным последствиям:

1. Увеличивается обратное воздействие измерительной цепи на цепь, в которой производится измерение;

2. Необходимо обеспечить высокое R_вх усилителя.

В качестве УТ или преобразователя I→U часто используют инвертирующее включение ОУ, но без R₁, т.е. R₁=0.

Источник входного тока показан в виде параллельного включения источника тока I_вх и внутреннего сопротивления R_i. Его можно заменить последовательной цепью, где

.

Тогда можно записать, что

Коэффициент усиления тока равен

.

K_i – величина размерная [Ом].

УТ используется, например, для преобразования тока от фотодиода или от фототранзистора.

2. Усилитель заряда

УЗ можно рассматривать как преобразователь заряда в напряжение (q→U). Он вырабатывает выходное напряжение , пропорциональное электрическому заряду, поступающему на его вход, или другими словами, усилитель заряда – это интегратор входного тока.

В качестве источника заряда используются пьезоэлектрические датчики.

У З представляет собой ОУ, охваченный ООС через конденсатор С_ос. Ко входу подключен источник заряда, условно представленный последовательным соединением U_вх и C_i. УЗ можно рассматривать как инвертирующий усилитель, у которого R₂→C_oc, R₁→C_i.Поэтому усилитель реагирует только на приращение напряжения.

Проведем анализ для идеального ОУ.

Приравнивая токи, получим

Т.е.

Коэффициент передачи заряда равен

И напряжения

3. Усилитель с токовым выходом

(преобразователь напряжения в ток)

УсТВ обеспечивают зависимость выходного тока только от значения входного напряжения и его независимость от сопротивления нагрузки.

Простейшими типами УсТВ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, у которых вместо сопротивления обратной связи (R₂) включается сопротивление нагрузки (R_н), причем R_н≥R_нmin.

Простейшие УсТВ имеют ряд недостатков:

1. Ток нагрузки ограничен максимальным выходным током ОУ. Для увеличения тока к выходу ОУ подключают усилитель на транзисторах.

2. В рассмотренных схемах нагрузка не имеет заземленного зажима, т.е. она является "плавающей", что не всегда удобно.

В выходном каскаде применены два источника тока (токовые зеркала) на транзисторах VT3-VT4 и VT5-VT6, имеющие высокое выходное сопротивление. Каждый из источников работает при определенной полярности входного напряжения. Входные токи источников задаются транзисторами VT1 и VT2, причем

Если пренебречь неидеальностью ОУ и управляемых источников тока, получим