IMG�03 (2)

napięć na wejściu w każdych warunkach odpowiadało zerowe napięcie na wyjściu (mówi się „napięcie niezrównoważenia równe jest zeru"). Wzmacniacz nie powinien generować własnego napięcia szumu Od wzmacniacza napięciowego oczekuje się rezystancji (wnpedancji) wejściowej nieskończenie wielkiej, a od wzmacniacza prądowego - zerowej Wymieniono oczekiwane cechy wzmacniaczy pomiarowych, które w realnej konstrukcji spełniane są w przybliżeniu jako kompromis pomiędzy przeciwstawnymi oczekiwaniami. Na przykład, przy dużym i bardzo dużym wzmocnieniu nie można oczekiwać małego szumu i „trzymania zera”, dużej stałości wzmocnienia, tym samym dokładności, a więc takich cech, które są łatwiej osiągalne przy małym wzmocnieniu

Szczególne zagadnienia konstrukcyjne w układzie wzmacniacza pomiarowego dotyczą przede wszystkim stopnia wejściowego. Wymaga się od stopnia wejściowego, żeby był niewrażliwy na właściwości obwodów elektrycznych, które mogłyby być łączone z jego wejściem' Nicwrazliwość na napięcie wspólne (nazywany też napięciem współbieżnym, ideowo przedstawione jako źródło U, na rysunku 3.3) charakteryzuje się współczynnikiem tłumienia składowej wspólnej, z angielskiego oznaczanym symbolem CMRR" rozumianym jako zależność (3.3), gdzie A. i A. oznacza odpowiednio wzmocnienie dla wejścia (-) i (+) wzmacniacza. W zależności (3.3) wyrażony jest fakt, że dla każdej wielkości napięcia U„ gdy różnica wzmocnień występująca w mianowniku będzie równa zero, tłumienie składowej wspólnej będzie nieskończenie wielkie. Wówczas na wyjściu wzmacniacza napięcie wynikać będzie tylko ze wzmacnianej różnicy Ui-Uj, a której wzmocnienie wyraża licznik Oznacza to, że wzmacniacz, którego charakterystyki dla wejścia (-) i dla wejścia (+) są identyczne, nie będzie wrażliwy na U_c przy każdej wielkości U_c

CMRR

o.s(Kl+Kl) a ki-Ki *

(3.3)

Rys.3. 4. Ideowe przedstawienie napięcia wspólnego U, jako możliwego potencjału względem masy napięć U, i U;, których różnica U,-U, ma być wzmacniana

WWHę    ⁽³⁴⁾

Przyjmując, że w (3.3) licznik wyraża wzmocnienie A, różnicy, natomiast mianownik wyraża wzmocnienie A_c napięcia wspólnego, możemy wyrazić napięcie na wyjściu wzmacniacza jako (3.4). Z zależności widać, jaka część napięcia na wyjściu może wynikać z tego, żc występuje napięcie wspólne U„ a tłumienie składowej wspólnej CMRR nie jest nieskończenie wielkie Ten udział wyrażony jest przez drugi człon w nawiasie kwadrato- ^{1 2}

wym zależności (3.4) i jesl względnym błędem wzmocnienia wywołanym przez (kładową U,. Błąd ten dąży do zera, gdy CMRR-*co.

We wzmacniaczach pomiarowych (i przyrządach, na wejściu których są one użyte) CMRR może wynosić 120 dB lub więcej dla napięcia Uc prądu stałego i znacznie gorsze tłumienie mogą mieć te same wzmacniacze dla napięcia wspólnego zmiennego

Przykład. Wzmacniana jest różnica napięć lmV przy napięciu wspólnym do I0V, gdy tłumienie składowej wspólnej wynosi ISOdB (odpowiada to 10') Ile wynosi względna niepewność wzmocnienia różnicy wywołana składową wspólną? Otrzymujemy: /_n< ^ = 10°=0.1%. W podanych okolicznościach

rezultat wzmacniania różnicy napięć będzie niepewny w granicach ±0.1% jej wartości ze względu na możliwy wpływ napięcia wspólnego

Wzmacniacze pomiarowe o wzmocnieniu rzędu 100 lub mniejszym buduje się o każdej potrzebnej dokładności, o wzmocnieniu do miliona wytwórcy deklarują błąd dopuszczalny nie większy niż ±1%. Ograniczenie szumu do poziomu 100 nV napięcia skutecznego jest osiągane w temperaturze otoczenie Rezystancja wejściowa IGO lub o rząd większa jest typowa dla wzmacniaczy pomiarowych ogólnego zastosowania, a dla wzmacniaczy pomiarowych elektrometrycznych może sięgać 10" O (ale błąd dopuszczalny wzmocnienia jest wówczas rzędu ±1% lub większy).

3.2.4. Detekcja zera i dekcja znaku (różnicy)

Jest tylko jedna wielkość, której porównania ze wzorcem można dokonać dość dokładnie za pomocą zmysłu wzroku - jest mą długość. Ale już w systemie automatycznym do porównywania długości jest potrzebna detekcja stanu zrównania realizowana na zasadzie fizycznej (a nie zmysłowej) Natomiast stan zrównania napięć stwierdzamy zawsze za pomocą detektorów zera (tj detektorów zerowej różnicy) albo za pomocą detektorów znaku różnicy. Pierwsze są potrzebne w układach porównywania, w których dąży się - przynajmniej teoretycznie - do stanu zerowej różnicy w sposób monotoniczny (układy sterowania nadążne), drugie są potrzebne w tzw cyfrowych układach porównywania (równoważenie automatyczne w układach cyfrowych), w których „metodą kolejnych przybliżeń” osiąga się stan umownego zrównania. Detektory zera w układach porównywania równoważonych przez człowieka (równoważenie ręczne) nazywane są wskaźnikami zera (indykatorami zera). Stosowane są też mikro- lub nanowoltomierze jako detektory zera¹ Wszystko to dotyczyło detekcji zera w układach pomiarowych prądu stałego przy porównywaniu napięcia stałego.

Do porównywania napięć zmiennych są potrzebne detektory prądu zmiennego, których odpowiedź jest z zasady funkcją wybranej miary napięcia lub natężenia prądu. Gdy w obwodzie prądu zmiennego jest stosowany np detektor znaku różnicy, to takim „detektorem prądu stałego" porównuje napięcie chwilowe i musi on być zdolny reagować szybko na występujące zmiany znaku różnicy Detektory napięcia zmiennego omówimy osobno.

89

1

   Czyli niezależnie, co i jak jest dołączone do wzmacniacza, napięcie na wyjściu powinno być równe dokładnie AIU,-U₃) i ani zł ani nic może się zmienić, gdy nic zmienia się różnica (t/|-Ł/j),

2

' Dawniej były lo różne cieki romechaniczne konstrukcje mierników, znane gal wanomel rami W okresie przejściowym stosowano też nazwę „gnlwanomctry" do elektronicznych konstrukcji dclektorów zera. obecnie takiej nazwy nie używa się (zapewne dlatego, że w stosunku do dzisiejszych konstrukcji jest nierzeczowa). Obecnie galwanomctry elektromechaniczne me mają racji istnienia, ponieważ byłyby rozwiązaniem droższym i gorszym (kłopotliwszym w użyciu) niż rozwiązania elektroniczne. Oczywiście, przy ręcznym równoważeniu układu pomiarowego człowiek musi mieć możliwość zmysłowego obserwowania stanu zrównoważenia i ostatnim ogniwem elektronicznego detektora zera będzie elektromechaniczny przetwornik wskazówkowy.