4.5. Преобразователь напряжения в ток с дифференциальным входом

при условии, что

Показанная на рис. 4.17 схема представляет собой модификацию измерительного усилителя на одном ОУ, рассмотренного в гл. 1. Иногда эту схему называют источником тока Хоуленда. Для получения хорошего КОСС и высокого выходного сопротивления требуется очень точное согласование отношений резисторов.

Рис. 4.17. Преобразователь напряжения в ток с дифференциальным входом.

Выходной ток равен:

в случае, если

Выходное сопротивление.

Из-за рассогласования резисторов:

Из-за конечных значений КОССоу и коэффициента усиления ОУ

Общее выходное сопротивление

Коэффициент преобразования синфазного напряжения.

Из-за неточного согласования резисторов:

Из-за конечного коэффициента усиления ОУ:

Суммарный коэффициент преобразования синфазного напряжения:

Общий коэффициент ослабления синфазного сигнала:

Выходной ток смещения:

где — входное напряжение смещения ОУ, — разность входных токов ОУ.

Этой простой схеме свойственны два недостатка. Во-первых, для получения хорошего КОСС и большого выходного сопротивления приходится тщательно согласовывать сопротивления резисторов. Для получения больших выходных токов сопротивления резисторов оказываются слишком малыми, что вызывает дополнительные сложности в их согласовании. Во-вторых, чтобы снизить погрешности выходного тока, возникающие из-за конечного выходного сопротивления ОУ, величина нагрузки должна быть намного меньше сопротивления резистора Выходное напряжение ОУ распределяется между поэтому напряжение на нагрузке составит лишь небольшую часть выходного напряжения ОУ. Эти два ограничения приводят к тому, что эта схема применяется редко. Рассмотренные далее модификации обладают значительно лучшими характеристиками.

Рис. 4.18. Увеличение размаха напряжения на нагрузке.

Введение дополнительного ОУ (рис. 4.18) позволяет увеличить размах напряжения на нагрузке. Схема напоминает дифференциальный усилитель на одном ОУ (если считать неинвертирующий вход и выход ОУ "землей”, то схемы идентичны), Поэтому здесь также требуется тщательное согласование резисторов, но теперь сопротивления резисторов могут быть больше. Если т.е. ток через резистор достаточно мал, то буфер на ОУ не нужен. Для превращения схемы в одновходовую один из ее входов следует заземлить. Если максимальный ток ограничивается выходным каскадом ОУ, то можно использовать усилитель мощности. Выход ОУ можно подключить к охранному кольцу (вокруг нагрузки — прим. ред.) для поддержания высокого выходного сопротивления.

Для повышения входного сопротивления и улучшения КОСС можно использовать два ОУ (рис. 4.19). Нетрудно заметить, что эта схема аналогична рассмотренному в гл. 1 измерительному усилителю на трех ОУ. В качестве хороших преобразователей напряжения в ток можно использовать микросхемы промышленных измерительных усилителей, включая их в соответствии со схемой, показанной на рис. 4.19. Опорный вход измерительного усилителя подключается через буферный повторитель (рис. 4.20).

Рис. 4.19. Повышение КОСС и входного сопротивления.

Рис. 4.20. Преобразователь напряжения в ток на базе измерительного усилителя общего назначения.