38 (187)

Ćwiczenie 3. Ujemne sprzężenie zwrotne, wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Rys. 35 ^Rys- 36

u+

Rys. 37

y.v>r.y-v.v.w ~-C-.v

•B    *

| wzmacniacz g ^ I pomiarowy

-t *^A    ♦

W poprzednim odcinku nauczyliśmy się wzmacniać małe sygnały, występujące na tle dużych napięć wspólnych. Wykorzystywaliśmy prosty wzmacniacz różnicowy, gdzie obok jednego zwykłego wzmacniacza operacyjnego występują cztery rezystory. W praktyce istotnymi jego wadami okazują się: mała oporność wejściowa i kłopot ze zmianą wzmocnienia. A często najważniejszą wadą jest trudność uzyskania dobrego tłumienia sygnału wspólnego. W Technikaliach podane są dalsze informacje o możliwościach poprawy właściwości takiego wzmacniacza. Ale w praktyce wzmacniacze różnicowa na jednym wzmacniaczu operacyjnym są stosowane bardzo rzadko.

W realizacji naszego dziwnego termometru, który ma pokazywać różnicę temperatur, moglibyśmy wykorzystać niezbyt popularny układ wzmacniacza różnicowego z dwoma wzmacniaczami operacyjnymi i zbudować układ według rysunku 35. I znów napięcie spoczynkowe na wyjściu będzie takie, jak napięcie w punkcie D. Dlatego pokazana wersja musiałaby być zasilana napięciem symetrycznym i znów dla uzyskania dobrego tłumienia sygnału wspólnego musielibyśmy spehiić warunek Rbi/Rai = Rb2/Ra2.

Zaletą takiego wzmacniacza różnicowego jest duża rezystancja wejściowa. Jednak nadal trzeba zapewnić jak najlepszy stosunek rezystorów- R_a, Ru, zazwyczaj niejednakowych.

1 to jest istotną wadą. Dlatego w praktyce najczęściej stosowany jest wzmacniacz różnicowy z trzema wzmacniaczami operacyjnymi według rysunku 36. Często jest on nazywany wzmacniaczem pomiarowym, choć po angielsku nazywa się go instrumentation amplifier i znacznie rzadziej instrumental amplifier. Proponuję, żebyś nie przyzwyczajał się do polskiej wersji, czyli „wzmacniacz instru-mentacyjny”, tylko żebyś używał określenia ,, wzmacniacz pomiarowy”

Dwa pierwsze wzmacniacze tworzą symetryczny wzmacniacz różnicowy, który sygnał różnicowy wzmacnia w stosunku 2Rs/Rg-Natomiast sygnał wspólny przepuszcza ze wzmocnieniem równym 1. Umieszczony dalej nasz stary znajomy, klasyczny wzmacniacz różnicowy zazwyczaj zawiera cztery jednakowe rezystory (Ra=Rb). Dla sygnału różnicowego ma więc wzmocnienie równe 1, ale za to skutecznie usuwa składową wspólną sygnału.

Obecność czterech jednakowych rezystorów jest dużą zaletą. Po pierwsze, w prosty sposób można spośród rezystorów 1-procentowych wybrać cztery o dużo mniejszej tolerancji albo też cztery jednakowe rezystory wykonać w układzie scalonym i ewentualnie laserowo skorygować ich wartości. Umieszczenie ich w układzie scalonym zapewnia jednakową temperaturę, a ewentualne zmiany temperatury spowodują jednakowe zmiany ich rezystancji, co nie pogorszy tłumienia sygnału wspólnego.

Po drugie, dużą zaletą tego rozwiązania jest łatwość zmiany wzmocnienia. Realizuje się to, zmieniając wartość Ro. W zasadzie rezystory Rs powinny mieć jednakową wartość, ale ewentualne odchyłki nie pogarszają tłumienia sygnału wspólnego, a jedynie wprowadzają błąd wzmocnienia (w stosunku do wartości wyliczonej z zależności G = 2Rs/Ro, który można łatwo skorygować przez dobór

Rg).

Wyposażeni w wiedzę o wzmacniaczu pomiarowym, moglibyśmy zbudować układ według rysunku 37. Spróbuj przeanalizować jego działanie, uwzględniając rysunek 36 - wszystko pasuje, tylko taki termometr też musiałby być zasilany napięciem symetrycznym, choćby dlatego, by przy

±^u* 1

i i

38 Marzec 2010 Elektronika dla Wszystkich