Исследование характеристик преобразователя напряжения в ток, построенного на операционном усилителе

Преобразователи напряжения в ток (их называют генераторами тока) широко используются при передаче сигналов на расстояние. Генераторы тока, построенные на базе операционных усилителей, просты в реализации и отвечают основным требованиям, предъявляемым к устройствам такого назначения: они имеют большое входное и выходное сопротивления. Принципиально важным для генератора тока является высокое выходное сопротивление. Именно это свойство преобразователя обеспечивает слабое влияние характеристик линий связи и приемного устройства (которые могут изменять свои значения в процессе передачи сигнала) на точность передачи сигнала.

1. Цель работы:

1.1. Исследование характеристик генератора тока, построенного на ОУ:

– Экспериментальное определение выходной характеристики преобразователя (зависимость ) для двух различных значений сопротивления приемного устройства (сопротивления нагрузки ).

– Оценка степени влияния нагрузки на точность передачи токового сигнала.

– Определение величины выходного сопротивления исследуемого преобразователя.

2. Синтез схемы преобразователя

Простейшая схема преобразования напряжения в ток показана на рис. 1. Здесь формирователь токового сигнала построен на ОУ. Информационный сигнал в виде тока передается по проводам к приемнику сигнала, который характеризуется величиной входного сопротивления .

Рис. 1. Электрическая схема преобразователя напряжения в ток.

При передаче унифицированных сигналов можно положить, что изменится в диапазоне 0…10В, а – в диапазоне 0…5мА. Тогда, с учетом характеристик идеального операционного усилителя, получим: и . Подставляя первое выражение во второе, определим выходную характеристику преобразователя (см. рис. 1): . Из полученного выражения видно, что необходимый коэффициент преобразования задается величиной резистора . Для выбранных диапазонов входного и выходного сигналов преобразователя величина сопротивления определяется следующим выражением: .

Рассмотренная схема преобразователя напряжения в ток (рис.1) имеет ограниченные возможности. Причина этому заключается в следующем: выходное напряжение микросхемы (см. рис. 1) складывается из падения напряжения на сопротивлениях и , то есть . При питании микросхемы напряжением Е = 15B U_вых лишь незначительно превышает 10В, в то время как только U×R₀ может достигать значения 10 В (U×R₀ = I_вых×R₀). По этой причине прием сигнала на нагрузке R_н возможен лишь при очень малых значениях этого сопротивления, в то время как в реальных схемах входное сопротивление приемника может достигать килоомных значений.

Для улучшения эксплуатационных свойств передатчика следует существенно уменьшить значение R₀, что возможно при снижении подводимого к микросхеме входного напряжения. Исследуемая далее схема построена с учетом данного предложения.