Операционные усилители. Часть 2.

Итак, в первой части мы познакомились с двумя очень полезными схемами на операционных усилителях - инвертирующим и неинвертирующим усилителем. Теперь поговорим, о других схемах, которые можно реализовать на этих усилителях.

Итак, ставим себе задачу - измерить ток в разрыве какой-нибудь цепи, причем сразу оговоримся, что речь идет о токах 1мкА и меньше, поскольку в этом случае обычный тестер нельзя будет использовать, у него не хватит разрешающей способности. У моего рабочего Mastech M890C минимальный предел это 2 мА, что означает, что меньше чем 10 мкА он просто не регистрирует. Поэтому надо что-то делать. Как будем действовать? Думать, вспоминать закон Ома и соображать. Так уж повелось, что все измерительные приборы, которыми мы пользуемся в последнее время весьма охотно измерят напряжение, а ток меряют только после какого-нибудь преобразования тока в напряжения. Может я плохо информирован, но о токовых АЦП я не слышал, а АЦП, которые измеряют напряжение стоят повсюду. Поэтому будем преобразовывать ток в напряжение.

Простейшим преобразователем тока в напряжение является обыкновенный резистор. Напряжение на нем по закону Ома равно произведению тока на сопротивление. Итого, если мы пропустим ток в 1 мкА через резистор в 1кОм, то напряжение на нем составит 1мкА*1кОм=1мВ. Мало, АЦП не зарегистрирует, нужно усиливать. Ну тогда можно применить одну из схем, которые мы изучили в предыдущей части нашего повествования. Например, схему неинвертирующего усилителя. Получилось у нас ровно то, что изображено на рисунке. Какие недостатки у этой схемы? Ну один просто очевиден - падение напряжения на таком измерителе будет зависеть от тока, протекающего в цепи, что может исказить реальное значение тока. Ну и высокое входное сопротивление прибора, а поскольку амперметр должен иметь низкое входное сопротивление, то что-то нам подсказывает, что эта схема не очень хорошо будет работать. Хотя оговоримся сразу же - для больших токов эта схема замечательно работает, особенно потому, что при больших токах существенными становятся процессы тепловыделения, а поэтому количество элементов, через которые протекает большой ток следует уменьшить.

Ну да ладно, лирическое отступление закончили, принялись сочинять схему, которая была бы свободна от этих недостатков. А что будет если взять схему инвертирующего усилителя (кто не помнит, то см. первую часть), выкинуть из неё входной резистор (кто не понял, это который R2), выкинуть источник входного напряжения, а вместо него подвести к инвертирующему входу измеряемый ток, что будет. Правильно, на выходе будет напряжение -IизмR1. Не забыли почему минус. Молодцы. Итак, что мы видим, мы преобразовали входной ток в напряжение на выходе, но между входами у нас 0В при любом входном токе, при котором выходное напряжение не достигает напряжения питания(ну не может больше операционный усилитель выдать на выходе, а поэтому ограничен диапазон токов, которые можно измерять). Тогда, опять таки если мы возьмем входной ток в 1мкА, а сопротивление R1 в 1МОм, то напряжение на выходе составит -1В. Хм, а это уже легко измеряется любым вольтметром, хоть тестером, хоть каким-нибудь В7-35, который я использую для разных своих дел. Вот как все замечательно. Осталось только разобрать один очень интересный вопрос, который называется Т-цепочка. Что это такое, давайте представим себе такую ситуацию - вы идете в магазин, а там нет резистора 1МОм, есть только 100 кОм и меньше.

Вот блин засада, нужно ставить второй операционник и усиливать сигнал по напряжению. В принципе вариант, но можно поступить хитрее. И использовать вот такую схему.

Спрашивается, какое напряжение будет на выходе? Ну если вы усвоили два правила работы с операционными усилителями и закон Ома(его то я надеюсь вы помните), то вам нетрудно будет понять, что напряжение на выходе составит -IвхR1(1+R2/R3). А это значит, что если мы хотим получить коэффициент преобразования порядка 107 В/А, то нам нужны сопротивления R1=100кОм, R2=99кОм, R3=1кОм. А уж такие сопротивления вы легко найдете в магазине, или в собственной коллекции. А для чего нужны такие большие коэффициенты преобразования - для измерения токов порядка 1 нА и меньше, но об этом мы поговорим в другой статье, в которой я расскажу о том, как спроектировать наноамперметр или гигаомметр, в зависимости от того, что вам нужно. А в следующей части нашей беседы об операционных усилителях мы поговорим о генераторах и фильтрах на базе операционных усилителей.

Вернуться к списку схем, категория "Начинающим"