40 (173)

Ośla łączka

Sztuczna masa

Rys. 41

TECHN1KALIA

połowy napięcia zasilania, ale niekoniecznie do takiej wartości. I tu dochodzimy do drugiego problemu. Otóż każda dodatkowa rezystancja w obwodzie, gdzie jest punkt D, pogarsza współczynnik tłumienia sygnału wspólnego. Dlatego jeśli zachodzi potrzeba podania na punkt D napięcia stałego, które ma spowodować zmianę wyjściowego napięcia spoczynkowego w punkcie C, wtedy nie można po prostu zastosować potencjometru według rysunku 40a, tylko trzeba zastosować wtórnik według rysunku 40b. Rezystancja wyjściowa wtórnika jest znikomo mała, rzędu

/Rg+Rb \ 2R_b

Rys. B12 <K-rt1rZ

dy tworzą wzmacniacz wstępny, zawierający dwa jednakowe rezystory Rs i „wspólny” rezystor Ro. Blok taki wzmacnia sygnał różnicowy w stosunku 2Rs/Rg, natomiast sygnał wspólny przechodzi przezeń ze wzmocnieniem równym l. Do podwójnego wyjścia, czyli do punktów A, B, dołączony jest nasz klasyczny wzmacniacz różnicowy - rysunek B14.

Taki dwustopniowy układ nazywamy wzmacniaczem pomiarowym, a czasem wzmacniaczem instrumentalnym lub instru-mentacyjnym, od angielskiego instrumen-tation amplifier. Przedstawiona koncepcja z trzema wzmacniaczami operacyjnymi jest bardzo popularna i realizowana jest też w postaci układów scalonych, zwanych właśnie instrumentation amplifiers.

Obwody wejściowe z układami Ul, U2 przypominają wzmacniacz nieodwracający i intuicja słusznie podpowiada, że oporność wejściowa będzie bardzo duża. Aby zrozumieć zasadę działania, należy przypomnieć sobie, że w pracującym wzmacniaczu operacyjnym różnica napięć między jego wejściami

ułamka oma i nie pogarsza to tłumienia sygnału wspólnego.

Moglibyśmy teraz elegancko i w klasyczny sposób zrealizować obwód sztucznej masy w naszym termometrze za pomocą wtórnika i potencjometru, na przykład według rysunku 41. Jednak w niektórych przypadkach można takie przesuwanie zrealizować prościej. Także i w naszym przypadku nie musimy stosować wtórnika. Możemy wykorzystać prostszy sposób z którymś obwodem z rysunku 39, pełniącym rolę sztucznej masy, i do tej masy dołączyć i punkt D i jedną z końcówek woltomierza. Ja zrealizowałem układ według rysunku 42. Mój model pokazany jest na fotografii 43. Jak widać, wykorzystałem popularne rezystory o tolerancji 5%, jednak gdyby to miał być rzeczywisty precyzyjny termometr różnicowy, trzeba byłoby koniecznie wykorzystać rezystory 1-procentowe i to dobierane jak najdokładniej. Dotyczy to nie tylko R5-R8, ale warto też byłoby zastosować jednakowe R1 =

B O-ł

A <H

Rys. B13

jest praktycznie równa zeru. Dotyczy to jak najbardziej wzmacniaczy Ul, U2. Jeśli więc między punktami X, Y, czyli między wejściami „dodatnimi” wzmacniaczy U l, U2 występuje jakieś napięcie wejściowe Uwe, to takie samo napięcie wystąpi między wejściami „ujemnymi” tych wzmacniaczy. Ale tam wpięty jest rezystor Rg, więc oznacza to, że wzmacniacze operacyjne tak ustawią napięcia na swoich wyjściach, żeby napięcie na rezystorze Ro było równe napięciu Uwe. A jeśli tak, to przez rezy-

R2, R3 = R4 oraz dwie jednakowe, dobierane diody Dl, D2. Wartość Rg, w modelu równa 2,2kQ, powinna być dobrana, żeby uzyskać współczynnik 100mV/°C. Napięcie przewodzenia niebieskiej lub białej diody LED D3, wynoszące około 3V, z powodzeniem wystarczy, by zapobiec nasyceniu wzmacniaczy Ul, U2 nawet przy dużej różnicy temperatur diod. Woltomierz jest dołączony do punktu D, czyli do napięcia odniesienia, więc na jego wskazania nie będą mieć wpływu ewentualne zmiany napięcia przewodzenia diody LED D3. Jak już

stor ten będzie płynął prąd równy l = Uwe/Ro, a to oznacza, że Uwe = I*Rg- Teraz należy zauważyć, że ten sam prąd I płynie przez szeregowo połączone rezystory Rs, Rg, Rs-Prąd ten wywołuje na tych rezystorach spadki napięcia odpowiednio I*Rs, I*Rg, I*Rs-Napięcie Uab, jest sumą tych napięć:

Uab = I*R_S + I*Ro + I*Rs Uab = l (Rs+Rg+Rs)

Uab = I (2R_s+Rg)

Wzmocnienie różnicowe pierwszego stopnia wynosi więc:

Uab/Uwc = Uab /Ug po podstawieniu Uab/Uwc = I (2R_s+Rg) / I*Rc Uab/Uwc = (2R_S+Rc) / Rg Uab/Uwc = 2R_S/R_C + 1

Napięcie Uab podawane jest na klasyczny wzmacniacz różnicowy U3. W ogólnym przypadku ma on wzmocnienie różnicowe

Rys. B14

40 Marzec2010 Elektronika dla Wszystkich