Преобразователи сопротивлений

 

Преобразователь «сопротивление — напряжение». Преобра­зователь (рис. 2.27) построен на основе стабилизатора тока, выпол­ненного на ОУ и транзисторе. В коллекторе транзистора поддержи­вается постоянный ток, который определяется отношением I_к=E₂/R₂. Этот ток создает радение напряжения на измеряемом резисторе R_x. Выходное напряжение прямо пропорционально измеряемому сопро­тивлению в диапазоне от 0 до 1 кОм. Для получения погрешности преобразования во всем диапазоне сопротивлений не более 0,05 % желательно последовательно с R_x в коллектор транзистора включить добавочное сопротивление 100 Ом. Чувствительность схемы состав­ляет 4 мВ/Ом. В диапазоне температур от 0 до +50 °С погрешность измерений равна 0,003 % на градус.

Рис. 2.27 Рис. 2.28

 

Рис. 2.29

 

Схема преобразования сопротивления. В схеме на рис. 2.28 за счет ПОС в ОУ осуществляется преобразование сопротивления. Ко­эффициент передачи по току определяется выражением

I_вх/Iн = R₃/R₂ — R_н/R₁ или R_вх = U_вх/I_вх=U_вх/I_н(1 — a). при R₃=R₂, R_н/R₁=a.

Для а=1 эквивалентное сопротивление равно бесконечности. Когда же а больше единицы, входное сопротивление становится от­рицательным.

Транзисторный делитель сопротивлений. Делитель сопротивле­ний, выполненный по схеме рис. 2.29, позволяет уменьшить сопро­тивление входного резистора в коэффициент передачи раз.

Начиная с входного тока 8 мкА, выходной ток практически пропорционален входному. Коэффициент передачи равен 500. Если на вход подан сигнал с амплитудой. U_Вх, то на выходе будет ток (U_вx/r)500. Следовательно, сопротивление цепи г уменьшается в 500 раз.

Делитель тока. Устройство (рис. 2.30) состоит из четырех диф­ференциальных пар транзисторов. Максимальный ток 8 мА протека­ет через VT9. Этот ток задается напряжением на базе и сопротивле­нием резистора R6. В эмиттерах транзисторов VT7 и VT8 общий ток разветвляется. Половина тока транзистора VT9 протекает через транзистор VT8, другая половина — через транзистор VT7 к следую­щей паре транзисторов, где ток также делится поровну. Коллекторный ток транзистора VT6 равен 2 мА. Последующие пары транзисто­ров осуществляют аналогичные операции. В результате на выходах схемы происходит пропорциональное деление токов. Поскольку па­раметры транзисторов могут отличаться, в базах включены потен­циометры, которые балансируют пары транзисторов. Вместо транзи­сторов в схеме можно применить интегральную микросхему К198НТ5, что значительно уменьшит габаритное размеры устройства.

Рис. 2.30

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА

 

Ограничитель тока. Ограничение коллекторного тока тран­зистора VT2 (рис. 2.31) осуществляется в результате открывания транзистора VT1. При малых входных напряжениях, когда открыт только транзистор VT2, наблюдается быстрое увеличение выходного тока. Эмиттерный ток транзистора VT2 создает падение напряжения на резисторе R2. Это напряжение открывает транзистор VT1. Кол­лекторный ток транзистора VT1 уменьшает базовый ток транзистора VT2. Дальнейшее увеличение, входного напряжения лишь увеличива­ет коллекторный ток транзистора VT1.

Пороговый ограничитель тока. Ограничитель выходного тока построен по принципу шунтирования базовой цепи выходного тран­зистора (схема рис. 2.32). При входных напряжениях, когда ста­билитрон VD1 закрыт, транзистор VT1 закрыт тоже. Все входное напряжение приложено к базе транзистора VT2. Выходной ток определается резистором КЗ. С уменьшением сопротивления резистора R3 наклон характеристики увеличивается. Как только входное на­пряжение превысит порогрвое напряжение стабилитрона, открывает­ся транзистор VT1. Напряжение в базе транзистора VT2 начнет уменьшаться. Выходной ток также уменьшится. Крутизну уменьше­ния выходного тока можно регулировать сопротивлением резистора R2. С увеличением сопротивления резистора R2 крутизна увеличи­вается. Уменьшить крутизну можно также включением в эмиттер транзистора VT1 дополнительного резистора.

Рис. 2.31

 

Транзисторный трансформатор постоянного тока. Трансформатор (рис. 2.33) питается от двух источников напряжения. Первый источ­ник включен в базовую цепь транзисторов, а второй — в коллекторную цепь. Эти источники не связаны между собой. От первого источ­ника ток протекает в базах и в резисторе R1. Пороговое напряже­ние открывания транзисторов равно 0,6 В. Ток второго источника, протекающий через коллекторы транзисторов, определяется сопро­тивлением в цепи эмиттеров. Проходные характеристики схемы по­казаны на рис. 2.33, б. По ним можно определить коэффициент транс­формации. Если h_21Э R2=10 R1, где h_21Э — минимальный коэффи­циент передачи по точу одного из транзисторов, то коэффициент трансформации определяется как отношение R1/R2.

Преобразователь сопротивлений. Устройство преобразует поло­жительное активное сопротивление в отрицательное. Это преобразо­вание осуществляется за счет изменения направления тока на выходе схемы (рис. 2.34) по отношению ко входу. Входное, напряжение по­ложительной полярности создает ток в эмиттерной цепи транзистора VT1. Порог открывания транзистора равен 100 мВ. Коллекторный ток этого транзистора равен Iк=0,98Iэ. Ток транзистора VT2 будет определяться напряжением в базе и сопротивлением в эмитте­ре: Iвых=(0,98R₂I_Э — U_БЭ)/R₃, где V бэ =0,6 В — порог открыва­ния транзистора VT2. Если Iвх — U_вх/R₁, то I_вых = — KIвх, где К — коэффициент преобразования — определяется из характеристик.

Отсюда I_вых = — KU_вх/R₁, или — R₁/K= U_ВХ/I_ВЫХ.

Инвертор тока. В схеме на рис, 2.35 выходной ток прямо пропор­ционален входному. Это достигнуто за счет применения падения на­пряжения от входного тока на транзисторе VT1 в диодном включении: Коэффициент пропорциональности между токами зависит от отношения коэффициентов передачи транзисторов

Рис. 2.32

Рис. 2.33

Рис. 2.34

Рис. 2.35 Рис. 2.36

 

Генератор стабильных токов. Коэффициент стабилизации выход­ных токов схемы на рис. 2.36 прямо пропорционально зависит от коэффициента усиления ОУ без ОС. С помощью ОУ стабилизируется напряжения в эмиттере транзистора VT1. Ток I ₁ зависит от напря­жения на неинвертирующем входе ОУ, от сопротивления резистора R3; I_l = ER₂l(R₁+R₂)R₃. Поскольку падение напряжения на переходе база — эмиттер у однотипных транзисторов мало отличаются (прак­тически не отличаются), то ток I₂ будет обладать стабильностью, аналогичной стабильности тока I ₁. Ток определяется выражением I₂ =ER₂/(Ri+R₂)R₄. Выходные токи связаны между собой зависи­мостью I₂=I_l(R₃/R₄).