Дифференциальный усилитель для измерения больших напряжений

На рис. 1 представлены неинвертирующая и инвертирующая схемы ОУ для преобразования больших напряжений в сигналы, которые могут быть непосредственно поданы на вход АЦП. В первой из них (рис. 1, а) использован делитель и буферный ОУ с коэффициентом усиления +1. Во второй (рис. 1, б) применяется инвертирующий ОУ с коэффициентом передачи, равным1/20. К недостаткам как первой, так и второй схемы следует отнести:

• различные температурные условия, в которых находятся резисторы, определяющие коэффициент преобразования входного напряжения
• зависимость напряжений и токов смещения от величины входного сигнала
• зависимость коэффициента ослабления синфазного сигнала от величины входного сигнала (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ОУ для преобразования больших напряжений: неинвертирующее (а) и инвертирующее (б) включение

Все это влияет на точность коэффициента преобразования входного сигнала и точность измерительного канала в целом.

Для построения точного измерительного канала с диапазоном входных сигналов более 100 В может быть использован усилитель фирмы Analog Devices AD629. Схема включения AD629 для преобразования больших напряжений в сигналы среднего уровня (до 20 В) представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема включения ОУ AD629 для преобразования больших напряжений

Погрешность нелинейности такого усилителя не превышает 5 ppm. Это объясняется тем, что резисторы, определяющие коэффициент преобразования, находятся в корпусе ОУ и имеют одинаковый ТКС. Входной каскад усилителя выполнен на супербета-транзисторах с минимальным входным током смещения. Следует отметить, что стопроцентная обратная связь может привести к потере устойчивости ОУ. Введение корректирующей емкости номиналом 30 пФ позволяет стабилизировать работу ОУ.

Рис. 3. Осцилограммы входного (а) и выходного (б) сигналов ОУ на основе AD629

Рис. 4. Характеристика коэффициента преобразования ОУ на основе AD629

На рис. 3 приведены осциллограммы входного (размах 400 В) и выходного (размах 20 В) сигналов усилителя. Характеристика коэффициента преобразования (рис. 4) подтверждает высокую линейность усилителя на основе ОУ AD629.