ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

70 СТА 1/2001 www.cta.ru синфазной помехой, то есть равна γ c , и γ c = 1/4096. Если при этом синфазная помеха в 10 раз больше дифференци- ального сигнала, то есть V c /( V 1 – V 2 ) = 10, то из формулы (5) следует, что по- грешность усилителей должна быть равна γ = ( γ c /2)/10 = 1/81920, что требует иметь разрешающую спо- собность не менее 17 бит. Иными сло- вами, при синфазном сигнале, превы- шающем в 10 раз дифференциальный сигнал, для получения разрешающей способности 12 бит каждый из сигна- лов должен быть усилен усилителем с разрешающей способностью 17 бит. Поэтому во всех случаях, когда измеря- ется разность двух напряжений, нужно усиливать потенциал V 1 , измеренный относительно V 2 , а не относительно «земли». Эта идея положена в основу построения большинства прецизион- ных усилителей с дифференциальным входом. И ЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ Рассмотрим, что происходит, когда напряжение заземленного источника сигнала e 1 (рис. 4) измеряется с помо- щью заземленного приемника. По- скольку «земли» источника и прием- ника сигнала пространственно разне- сены, они имеют разный потенциал и обозначены на схеме поразному. Разность потенциалов между ними равна V g . По теореме об эквивалент- ном генераторе эта разность потенци- алов может быть представлена на схе- ме источником напряжения V g = R g I g , где R g и I g — соответственно сопро- тивление «земли» и ток через это со- противление (рис. 5), причем напря- жение, приложенное ко входу прием- ника V in , оказывается равным сумме напряжений источника сигнала и раз- ности потенциалов между двумя «зем- лями». Таким образом, результат из- мерения, выполненного по описан- ной схеме, будет содержать погреш- ность величиной V g . Эта погрешность может находиться в допустимых пре- делах, если источник сигнала и при- емник расположены недалеко друг от друга или если напряжение сигнала имеет большую величину (например, предварительно усилено). Ситуация может быть существенно улучшена, если провод «земля» источ- ника и приемника сигнала соединить медным проводником с низким сопро- тивлением (рис. 6). Однако это не уст- раняет паразитное напряжение V g пол- ностью, поскольку ток, возникающий вследствие разности потенциалов «зе- мель», теперь будет течь по соединяю- щему их проводнику. Как правило, ос- новным компонентом тока является помеха с частотой 50 Гц, но большое значение имеет и э.д.с., наведенная высокочастотными электромагнитны- ми полями. В этом случае значитель- ную роль играет индуктивность про- водника, и устранить ее без примене- ния дифференциального приемника практически невозможно. Схема, обеспечивающая наиболь- шую точность измерения сигнала за- земленного источника, показана на рис. 7. Она содержит дифференциаль- ный приемник, который ослабляет синфазное напряжение помехи V g в K CMRR раз. Следует отметить, что в схеме на рис. 7 нельзя соединять один из входов с «землёй» приемника, поскольку при этом фактически получается схема с одиночным входом (рис. 6) со всеми ее недостатками. И ЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НЕЗАЗЕМЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ Напряжение незаземленных (плава- ющих) источников сигнала может быть достаточно точно измерено приемни- ком как с одиночным, так и с диффе- ренциальным входом. Однако при ис- пользовании дифференциального вхо- да нужно следить за тем, чтобы величи- на синфазного сигнала не вышла за границы диапазона работоспособнос- ти приемника. Сопротивление между любым из дифференциальных входов и «землёй» очень велико, поэтому даже маленький ток помехи может создать на нем падение напряжения более 10 В, что переведет приемник сигнала в ре- жим насыщения. Ток помехи в этом случае может состоять из входных то- ков смещения самого дифференциаль- ного приемника и тока паразитной ём- костной связи с источником помехи. Для уменьшения этого эффекта вхо- ды дифференциального приемника В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е Р А Рис. 4. «Земля» имеет разные потенциалы в разных точках Рис. 5. Различие потенциалов «земли» источника сигнала и приемника эквивалентно включению источника напряжения помехи последовательно с источником сигнала e 1 V in V g e 1 V in V g Рис. 6. Проводник, соединяющий «земли» источника и приемника сигнала, имеет конечное сопротивление e 1 V in V g I g R g Рис. 7. Измерение сигнала заземленного источника с помощью дифференциального приемника e 1 V 0 V 2 V 1 V g