Операционные усилители повышают точность схемы. Возьмите модель с низким входным смещением, например INA219, которая фиксирует разность до 26 В с погрешностью 0,1%. Для цепей с помехами добавьте RC-фильтр на входе с частотой среза 10 Гц.
В силовой электронике применяют датчики Холла. ACS712 выдает 185 мВ/А без разрыва цепи. Для трехфазных систем выбирайте LEM LA 55-P, где изоляция выдерживает до 2,5 кВ. Такие модули встраивают в зарядные станции для электромобилей.
В аналоговых схемах коррекции ошибок используют прецизионные резисторы с допуском 0,01%. Пленочные элементы Vishay S102K сохраняют стабильность при температурах от -55°C до +155°C. Для калибровки подайте эталонный сигнал 1,000 В и подстройте подстроечником многооборотный потенциометр.
Как устройство переводит электрический сигнал в разность потенциалов
Для перевода амплитуды заряженных частиц в разность потенциалов используют резистор с точным номиналом. Например, при прохождении 4 мА через сопротивление 250 Ом на выходе получают 1 В. Чем выше точность резистора, тем меньше погрешность.
Схемные решения
Операционные усилители (ОУ) с обратной связью позволяют минимизировать потери. Модели типа INA196 фиксируют падение на шунте и выдают пропорциональный сигнал с коэффициентом усиления до 100 В/А. Для высокочастотных цепей применяют быстрые ОУ, такие как OPA656.
Где используют
В измерительных приборах – мультиметры фиксируют силу заряда через калиброванный шунт. В системах защиты – датчики на базе ACS712 контролируют утечки в цепях до 5 А. В аудиотехнике – микрофонные предусилители преобразуют слабый сигнал в уровни, совместимые с усилителями.
Схема с операционным усилителем для перевода сигнала
Для построения схемы с ОУ используйте инвертирующий или неинвертирующий вход в зависимости от требуемого коэффициента передачи. В инвертирующем включении:
- Подключите источник сигнала ко входу через резистор Rin.
- Установите обратную связь через резистор Rf между выходом и инвертирующим входом.
- Коэффициент усиления: K = −Rf / Rin.
Ключевые параметры
Выбор компонентов влияет на точность:
- ОУ с малым входным током смещения (например, OP07).
- Резисторы с допуском ≤1%.
- Емкость в обратной связи для фильтрации ВЧ-шумов (1–100 нФ).
Примеры использования
- Измерение слабых сигналов в датчиках (фототранзисторы, термопары).
- Интерфейс для цифровых АЦП с низким импедансом.
- Компенсация падений в длинных линиях передачи.
Для неинвертирующей схемы замените Rin на делитель. Коэффициент: K = 1 + Rf / R1.
Использование в измерительных устройствах
В мультиметрах такие схемы позволяют точно фиксировать малые величины сигналов. Например, Fluke 87V использует их для замеров в диапазоне 0–20 мА с погрешностью менее 0,1%.
Осциллографы Tektronix серии MDO3000 применяют аналогичные решения для анализа амплитуды импульсов. Это даёт возможность измерять параметры сигналов частотой до 1 ГГц.
В лабораторных блоках питания Keysight Technologies технология помогает контролировать нагрузку. Точность регулировки достигает 0,01% при токах от 1 мкА до 10 А.
Для термопар в системах мониторинга промышленного оборудования используют схемы с гальванической развязкой. Решения от Analog Devices (ADuM3190) обеспечивают изоляцию до 5 кВ.
В амперметрах щитового типа (ЦА20-М) реализована защита от перегрузок. Диапазон измерений – от 50 мкА до 10 кА с автоматическим переключением шкал.
Как устроена схема с операционным усилителем?
Для построения простейшего варианта используйте ОУ в инвертирующем включении с резистором обратной связи. Входной сигнал подаётся через шунтирующий элемент (например, резистор 1 Ом), подключённый к инвертирующему входу. Номинал Rос определяет коэффициент передачи: Vout = -Iin × Rос.
Пример для LM358: при Rос = 10 кОм и входном сигнале 5 мА выход составит -50 мВ. Неинвертирующий вход заземляется для смещения нуля. Конденсатор 10-100 пФ параллельно Rос устраняет высокочастотные колебания.
Критические параметры:
- Скорость нарастания ОУ (>1 В/мкс для импульсных сигналов)
- Входное смещение (<1 мкА для малых величин)
- Дрейф нуля (<5 мкВ/°C в прецизионных схемах)
