Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6

На выходе расположен синхронный детектор, который восстанавливает первоначальное состояние входного сигнала. При модуляции входного сигнала возникают переходные процессы, которые искажают выходной сигнал. Искажения возникают из-за разделительных конденсаторов. Для устранения переходных процессов в измерительном усилителе, применяют цепи компенсации. Входной сигнал цепи компенсации проходит через эмиттерный повторитель, собранный из части микросхемы DA1, и подается на вход 2 дифференциального усилителя микросхемы К122УД1. На вход 1 подается модулированный сигнал. Резистором R3 добиваются такого положения, при котором постоянная составляющая в модулированном сигнале отсутствует. Так, если модулятор преобразует входной сигнал в импульсы одной полярности; то в результате действия цепей компенсации на выходе первого каскада усилителя действует уже двухполярный импульсный сигнал. Таким образом, на переходных конденсаторах не происходит изменения напряжения при изменении амплитуды входного сигнала.

Введение цепей компенсации не влияет на дрейф нуля усилителя. Трехкаскадный усилитель имеет коэффициент усиления 1000, порог чувствительности 100 мкВ. Частота модуляции равна 40 кГц.

8. ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

Двухкаскадный электрометрический усилитель.

Усилитель состоит из двух звеньев (рис. 4.50) — интегрирующего на DA1 и VT и пропорционально интегро-дифференцирующего DA2. Выходное напряжение связано с входным током, протекающим через R1, выражением U_вых = I_вхR

₅C₂/C₁. Измеряемый входной ток вызывает линейное изменение напряжения на выходе ОУ DA1, причем скорость изменения пропорциональна входному току и обратно пропорциональна емкости конденсатора С1, Второе звено в пределах действия дифференцирующей цепи R5C2 проводит дифференцирование выходного напряжения усилителя DA1.

Временной дрейф входного тока за 24 ч составляет 5∙10¹⁷ А, а температурный дрейф равен 5∙10^-18 А/град. Зависимость двойной амплитуды шумового тока, приведенного ко входу, от полосы пропускания приведена на графике рис. 4.50.

Для удовлетворительной работы схемы следует использовать конденсаторы с минимальными утечками. Для устранения перегрузки усилителя желательно применение устройства автоматического сброса напряжения на интегрирующих конденсаторах, наличие которого проиллюстрировано контактами К1 и К2, включенными параллельно С1 и С3.

Термостабильный электрометрический усилитель.

Электрометрический усилитель (рис 4.51) позволяет измерять минимальный ток 10^-5 А. При этом выходное напряжение составляет около 50 мВ. Усилитель содержит входной каскад на сборке полевых транзисторов DA1 и ОУ DA2 в дифференциальном включении. Для балансировки схемы служат потенциометры R5 и R10. Для повышения стабильности схемы желательно к выводу 8 микросхемы DA1 подключать резисторы, аналогичные подключенным к выводу 6. Это приводит к полной балансировке входных транзисторов Временной дрейф схемы равен 20 мВ/ч, а температурный — 5 мВ/град.

Усилитель с компенсацией.

Усилитель (рис. 4.52) усиливает сигналы в широкой полосе частот. Верхняя граничная частота определяется сопротивлением резистора R1. Расширение частотного диапазона получено за счет уменьшения емкости затвор — сток транзистора VT1. Это достигается тем, что через стабилитрон VD1 с выхода усилителя на сток транзистора VT1 подано напряжение ООС. Схема обладает входным сопротивлением более 10¹⁰ Ом.

Усилитель с регулируемой ООС.

Усилитель (рис. 4.53) при коэффициенте усиления в пределах 10 обладает входным сопротивлением более 10¹⁰ Ом. Коэффициент усиления может меняться в достаточно широких пределах с помощью потенциометра R5. Форма АЧХ усилителя в зависимости от сопротивления R₀ проиллюстрирована графиках рис. 4.53. В полосе 50 кГц напряжение шума усилителя равно 1–2 мкВ. При использовании вместо микросхемы DA1 полевых транзисторов типа КП303В не рекомендуется устанавливать коэффициент усиления более 10. В этом случае необходимо также обращать внимание на температурный и временной дрейфы.

Простой мостовой электрометрический усилитель.

Электрометрический усилитель (рис. 4.54) состоит из транзисторно-резисторного моста и усилителя на микросхеме и позволяет измерять входной ток до 2∙10^-15 А. В усилителе применен полевой транзистор VT, входное сопротивление которого более 10⁷ Ом. Динамический диапазон входного напряжения ±0,7 В. Коэффициент усиления схемы равен 10. Верхняя граничная частота усилителя зависит от выходного сопротивления генератора сигнала и входной емкости полевого транзистора VT.

Мостовой электрометрический усилитель.

Усилитель собран по мостовой схеме (рис. 4.55), в одно плечо которого включен полевой транзистор VT.