Земля

гш гиги

Вход

Вход

Интегратор

Интегратор

Рис. 11.4. Типичные схемы возбуждения переменного тока: с использованием трансформатора (а), с использованием усилителя с дифференциальным выходом (б), триггерная (в), биквадратурная (г), с использованием компаратора (д).

и 2,5 кГц. Эти значения как раз попадают в диапазон, охватываемый частотной характеристикой большинства аналоговых делителей.

Реальный сигнал переменного тока может быть как синусоидальным, так и прямоугольным. Рис. 11.4 иллюстрирует методы, используемые для подачи сигнала на вход усилителя. Сигнал можно получить любым методом, но лучше всего воспользоваться таким, который характеризуется наиболее высокой стабильностью амплитуды. Примеры вы найдете в гл. 13.

На рис. 11.4, а показано, как для подачи напряжения воз-

буждения на датчик можно использовать симметричный трансформатор переменного тока. Хотя подходящий трансформатор может оказаться довольно дорогим, тем не менее это один из возможных вариантов систем с синусоидальным сигналом. Если вы хотите получить хороший синусоидальный сигнал с надлежащей разностью фаз (180°) между двумя входами (ф1 и фг). трансформатор должен быть особенно хорошо сбалансирован. Как правило, для этого нужен дорогой трансформатор с бифнлярной обмоткой.

На рис. 11.4,6 показан пример с использованием мощного операционного усилителя или гибридного модуля мощного усилителя. Необходимо, чтобы усилитель имел дифференциальный двухтактный выход. Однако этот способ не пользуется популярностью, потому что большая часть модулей и интегральных схем мощных операционных усилителей или представляет собой видеоусилители, которые стоят дорого, или рассеивает слишком большую мощность, которая теряется впустую. В любом случае с этими усилителями не так-то просто справиться в реальных схемах.

На рис. 11.4,6 показано, как для получения сигналов из обычной последовательности прямоугольных импульсов используется <-триггер, имеющий пару дополняющих входов. Пара операционных усилителей выполняет роль буферов для развязки.

Метод, основанный на использовании биквадратурного (т.е. 2-90°) сдвига по фазе, иллюстрируется рис. 11.4, г. Сигнал с фазой 0° получают после прохождения сигнала источника через буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления, а сигнал с фазой 180° -после прохождения сигнала источника через два последовательно соединенных интегратора. Последние представляют собой обычные интегрирующие операционные усилители, каждый из них дает сдвиг фазы на 90°, поэтому полный сдвиг фазы составляет 180°. Этот метод довольно популярен, так как позволяет, не прибегая к дорогим и громоздким трансформаторам, использовать для возбуждения синусоидальный сигнал.

Рис. 11.4,(5 иллюстрирует последний метод. Здесь используются три операционных усилителя, соединенных как компараторы, производящие сравнение с потенциалом земли. В компараторе Yi форма сигнала может изменяться, так что можно получить или синусоидальные, или прямоугольные сигналы.

Если на выходе нужно получить нулевое напряжение, то на дифференциальном входе компаратора должно действовать также нулевое напряжение. Поскольку один вход каждого из компараторов заземлен, условие выполняется только в тех случаях, когда входной сигнал пересекает нулевую ось. Когда амплитуда сигнала превышает несколько милливольт, схема входит в режим насыщения и напряжение на выходе становится равным одному из значений напряжения питания: Vcc или Vee. Опера-

13* 195

ционный усилитель У1 включается по схеме инвертора, поэтому положительному сигналу на входе соответствует отрицательный сигнал на выходе и наоборот.

Компараторы У] и Уг также производят сравнение с потенциалом земли, но имеют противоположный смысл. Компаратор Уг инвертирует прямоугольный сигнал, а компаратор Уз-нет. Результирующий сигнал на выходе представляет собой пару прямоугольных сигналов, удовлетворяющих требованиям двухтактной работы. Следует, однако, позаботиться о том, чтобы полная амплитуда сигнала на выходе не превышала максимальную величину, допустимую для датчика, который будет подключен к схеме.

Типичные детекторы

Большинство детекторов - это своего рода электронные переключатели, работа которых синхронизируется сигналом несущей переменного тока. На рис. 11.5 показаны два распространенных типа детекторов. В схеме, показанной на рис. 11.5, а, для детектирования несущей используют два транзистора и двухтактные трансформаторы. На соответствующие выводы баз транзисторов подаются отпирающий и запирающий сигналы высокого уровня, полученные из эталонного сигнала генератора несущей. Оба трансформатора должны быть хорошо сбалансированы, а транзисторы должны представлять собой согласованную пару.

На рис. 11.5,6 показана более современная система, в которой используется электронный переключатель на КМОП-схеме (называемый вентилем передачи). В состав такого устройства, в данном случае типа 4016, входят четыре переключателя, а используются только два из них. Когда на выводе 5 действует высокий уровень, выводы 4 м 5 замыкаются между собой, а если высокий уровень подается на вывод 13, то замыкаются выводы 1 и 2. В схеме, показанной на рисунке, в одно и то же время замкнут только один переключатель.

Операционные усилители У1-Уз выполняют функции, во многом похожие на те, которые описаны для схемы на рис. 11.4, г. Именно благодаря этим усилителям переключатели работают в противофазе. Два сигнала с выходов переключателей подаются на дифференциальный усилитель, в котором производится суммирование соответствующих выходов. Фильтр нижних частот, подключаемый к усилителю, уничтожает остатки сигнала несущей в сигнале постоянного тока, снимаемом с выхода У4.

Схемы компенсации смеиения нуля

Трудно найти датчик или усилитель, безупречный в отношении компенсации смещения нуля. Почти все они имеют смещение, которое не равно нулю в те моменты, когда измеряемый параметр на входе равен нулю. Смещение может быть обуслов-