25.1.3. ИЗОЛИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Диапазон управляемого напряжения вычитающего усилителя, описанного в предыдущем разделе, ограничен напряжением питания. С помощью схемы, показанной на рис. 25.2, он может быть расширен

Однако во многих случаях требуется измерить напряжение порядка нескольких киловольт, т.е. значительно превышающее допустимое синфазное напряжение. Для решения этой задачи измерительную схему разбивают, как показано на рис. 25.4, на две гальванически изолированные части. Передающая часть работает под измеряемым потенциалом, а приемная - под нулевым. Для реализации подобного устройства необходимо, чтобы передающая часть имела отдельный, изолированный от земли источник тока, общая точка которого («плавающая» земля) является одним из дифференциальных входов. Не нужно, конечно, забывать, что такое подключение обеспечивает лишь гальваническую развязку

Рис. 25.3. Электрометрический вычитатель.

Рис. 25.4. Принцип измерения напряжения с помощью гальванически изолированного усилителя.

от нулевого потенциала, а емкостная связь остается. Эта связь осуществляется главным образом через емкость трансформатора в источнике тока (рис. 25.4). Чтобы уменьшить эту емкость, целесообразно применить вместо силового трансформатора высокочастотный трансформатор с полосой около 100 кГц, который запускается генератором синусоидальных колебаний.

Когда обе точки, в которых производится измерение, высокоомные, то даже небольшой емкостной шумовой ток может внести заметную погрешность в измерение напряжения на клемме «плавающей» земли. В таких случаях целесообразно подсоединить клемму «плавающей» земли к третьей точке и определять разность потенциалов между обеими точками с помощью электрометрического вычитающего усилителя, представленного на рис. 25.3. Тогда оба измерительных проводника обесточены. Электрометрический вычитатель подключается к изолированному от земли источнику тока. При этом синфазное напряжение по отношению к «плавающей» земле, подключенной к соответствующей точке измеряемого объекта, не превышает чаще всего 10 В.

Передача результата измерения на электрически изолированную приемную часть также связана с определенными трудностями. Существуют две возможности передачи: с помощью трансформатора или оптической связи. При передаче с помощью трансформатора необходимо применить модуляцию достаточно высокой несущей частоты (амплитудную или частотную). При оптической связи, напротив, можно непосредственно передавать постоянное напряжение. При высоких требованиях к точности можно преобразовать аналоговый сигнал на передающей части в цифровую форму и передавать числовую величину на приемную часть с помощью оптической связи, как показано на рис. 25.4. При этом нелинейность оптической связи не играет роли.

Возможность оптической передачи аналогового сигнала иллюстрируется

Рис. 25.5. Оптическая передача аналоговой величины.

рис. 25.5. Для того чтобы компенсировать линейные искажения, вносимые оптронами, ток светодиода регулируется с помощью операционного усилителя так, чтобы фототок опорного приемника равнялся заданной величине. Петля отрицательной обратной связи при этом замыкается через опорный оптрон, и мы получаем

Так как фототок не может изменять знак, введена постоянная составляющая для того, чтобы можно было обрабатывать разнополярные входные сигналы. Когда оба оптрона обладают идентичными характеристиками, на приемной стороне выполняется условие и мы получаем выходное напряжение

Изолированные усилители с трансформаторной или оптической связью поступают в продажу в виде готовых модулей. На передающей стороне расположены электрометрический или фазоинверсный усилитель, а также электрометрический вычитатель. Большинство типов модулей содержит встроенный в передающую часть преобразователь постоянного напряжения для незаземленного источника тока, так что снаружи необходимо подключить только заземленный источник тока. Допустимая разность потенциалов между передающей и приемной частями составляет, как правило, несколько киловольт. В табл. 25.1 приведены некоторые данные часто применяемых модулей.