Основы измерения тока: Токоизмерительные усилители. Часть 2

В первой из трех частей этой статьи обсуждались особенности токоизмерительных резисторов. В данной части рассматривается конструкция и использование усилителей для повышения до приемлемых уровней напряжения на этих резисторах. Третья часть будет посвящена использованию Funnel-усилителей в процессе измерения тока в тех случаях, когда нагрузка находится под высоким напряжением.

Токоизмерительные резисторы, также называемые шунтами, относятся к альтернативной технологии измерения силы тока. Для того чтобы минимизировать отрицательное влияние на протекающий ток, они имеют небольшое сопротивление, которое создает пропорционально малое падение напряжения. Поэтому разработчикам приходится использовать схему, которая усиливает это небольшое напряжение перед преобразованием с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Речь обычно идет об увеличении небольшого, — порядка десятков или сотен милливольт, — напряжения на шунтирующем резисторе до десятых долей вольта или нескольких вольт.

Эта задача часто выполняется операционным усилителем (ОУ) или токовым усилителем. Чувствительным к току  является специализированный ОУ с дополнительной цепью регулировки усиления на основе прецизионных резисторов с лазерной подстройкой. Как правило, коэффициент усиления у этого усилителя напряжения составляет 20…60, а иногда даже более.

В корпусе токоизмерительного усилителя может также размещаться токовый шунт. Для случаев с более мощными токами из-за рассеивания мощности, приводящей к нагреву, предпочтителен внешний шунтовый резистор.

Наиболее распространенная конфигурация сигнальной цепи для контроля протекающего тока включает шунтовый резистор, аналоговый интерфейс (AFE), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и системный контроллер (рис. 1). В качестве усилителя AFE обычно используется операционный усилитель или токовый усилитель, который преобразует небольшое дифференциальное напряжение, падающее на шунтовом резисторе, в подходящее для АЦП значение.

Рис. 1. Способ измерения силы тока с использованием шунтового резистора

Есть два основных способа подключения шунтового резистора в цепь для измерения тока: на стороне низкого и высокого напряжения. Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки.

Измерение тока на стороне низкого напряжения

При измерении тока на стороне низкого напряжения токовый шунтовый резистор устанавливается между активной нагрузкой и заземлением. Наиболее подходящая схема измерения тока на стороне низкого напряжения показана на рисунке 2. В этой схеме используется токовый усилитель INA181 производства Texas Instruments, хотя и многие другие усилители также можно использовать для измерений на стороне низкого напряжения.

Рис. 2. Цепь измерения тока со стороны низкого напряжения с использованием INA181

Измерение тока со стороны низкого напряжения реализовать проще, поскольку напряжение с датчика на токовом шунтовом резисторе снимается относительно земли.

Эта конфигурация позволяет использовать токовый усилитель с низким напряжением питания, потому что измеряемое напряжение лишь на единицы милливольт выше потенциала заземления схемы. В данной конфигурации снимаемое с датчика напряжение не накладывается на более высокое напряжение, поэтому не требуется подавление синфазного сигнала. Метод измерения со стороны низкого напряжения — самый простой и недорогой способ реализации.

Недостатком измерения тока на стороне низкого напряжения является то, что нагрузка в этом случае не имеет прямого соединения с заземлением из-за установки шунтового резистора, в результате чего нижняя сторона нагрузки находится под напряжением в несколько милливольт относительно земли.

Схема подключения без непосредственного соединения с цепью земли может вызвать проблемы в случае короткого замыкания между нагрузкой и ее корпусом. Такое короткое замыкание может произойти, например, если заключенная в металлический кожух нагрузка, например, двигатель, имеет короткое замыкание обмотки на корпус.

Токоизмерительный резистор, возможно, не сможет обнаружить это короткое замыкание.

Кроме того, синфазное входное напряжение усилителя должно включать заземление для измерения на стороне низкого напряжения. Обычно это не проблема для усилителей, работающих с двухполярными источниками питания, но проблема может возникнуть в случае однополярного. Поэтому диапазон синфазного напряжения, который включает заземление, становится важным критерием при выборе подходящего усилителя для измерений на стороне низкого уровня напряжения.

Есть еще один важный аспект данного способа измерения тока. Обратите внимание, что АЦП Texas Instruments ADS114

на рис. 2 подключен по цепи питания непосредственно к заземлению, а входные цепи АЦП и усилителя INA181 на нижней стороне напряжения подключены к одной точке заземления.

При измерении тока с использованием малых напряжений, создаваемых на низкоомных шунтовых резисторах проходящим через них большим током нагрузки, важно помнить о том, что не все точки заземления могут иметь одинаковый потенциал. Когда по цепям или шинам заземления протекают большие токи от силовых нагрузок, довольно легко получить между двумя точками заземления в системе разность потенциалов в несколько милливольт. В качестве меры предосторожности всегда располагайте подключаемые к заземлению провода на очень близком расстоянии друг от друга, чтобы минимизировать разницу напряжения между ними.

Для устранения этого источника ошибки при измерении со стороны низкого напряжения опорный вывод заземления АЦП должен быть подключен в непосредственной близости от нижней стороны токоизмерительного резистора и входа токового усилителя. Не каждая удобная часть шины заземления может быть выбрана в качестве точки подключения. Для полной уверенности отметьте эту точку и все заземляющие подключения к ней по типу «звезда» непосредственно на схеме.

Аналогично, входное напряжение смещения усилителя тока непропорционально влияет на точность усиления, когда напряжение на токоизмерительном резисторе слишком маленькое.

По этой причине лучше выбирать усилитель с очень низким входным напряжением смещения. Усилитель INA181, показанный на рисунке 2, имеет входное напряжение смещения ±150 мкВ для измерительных схем со стороны низкого напряжения, где отсутствует синфазное напряжение.

Несмотря на отдельные недостатки, схема измерения тока на стороне низкого напряжения является хорошим выбором, если нагрузка не требует непосредственного соединения с заземлением и, если внутренние короткие замыкания между нагрузкой и корпусом либо не являются проблемой, либо не должны обнаруживаться схемой измерения тока.

Тем не менее, для конструкций, которые должны соответствовать требованиям функциональной безопасности, лучшим выбором является метод измерения тока на стороне высокого напряжения.

Измерение тока на стороне высокого напряжения

При измерении тока со стороны высокого напряжения в разрыв цепи между источником питания и активной нагрузкой устанавливается токовый шунтовый резистор (рис. 3) с использованием токового усилителя Texas Instruments INA240 в качестве аналогового интерфейса (AFE). Синфазное входное напряжение этой микросхемы может значительно превышать напряжение питания, что делает ее хорошим выбором для измерений тока на стороне высокого напряжения.

Рис. 3. В схеме измерения тока со стороны высокого напряжения токоизмерительный резистор устанавливается между источником питания и активной нагрузкой

Измерения тока со стороны высокого напряжения имеют два ключевых преимущества по сравнению с измерением со стороны низкого. Во-первых, легко обнаружить короткое замыкание на корпус, возникающее внутри нагрузки, потому что результирующий ток короткого замыкания будет протекать через токовый шунтовый резистор, создавая на нем повышенное напряжение. Во-вторых, этот метод измерения не связан с точкой заземления, поэтому дифференциальные напряжения на шине заземления, создаваемые большими протекающими токами, не влияют на измерение.

Тем не менее, по-прежнему рекомендуется размещать соединение опорного заземления АЦП ближе к заземлению усилителя.

Метод измерения тока на стороне высокого напряжения имеет один главный недостаток. Как отмечалось выше, необходимо, чтобы токовый усилитель имел высокое подавление синфазного сигнала, поскольку небольшое напряжение, развиваемое на токовом шунте, лишь чуть ниже напряжения питания нагрузки. В зависимости от конструкции системы синфазное напряжение может быть довольно большим. Токовый усилитель тока INA240 на рисунке 3 имеет широкий диапазон колебаний синфазного напряжения от -4 до 80 вольт.

Интегрированные или внешние резисторы подстройки усиления?

На рисунках 2 и 3 показаны конфигурации измерения тока на стороне низкого и высокого напряжений, в которых используются токовые усилители с интегрированными резисторами для настройки усиления. Такие интегрированные резисторы предлагают целый ряд конструктивных преимуществ, в том числе — упрощение конструкции, уменьшение количества компонентов платы и повышенную точность усиления с лазерной подгонкой. Один из основных недостатков таких усилителей заключается в том, что усиление постоянное и устанавливается на заводе. Это не составит проблемы, если настройка усиления подходит для данного применения. Однако в случае, если требуется особый коэффициент усиления, поскольку значение шунтового резистора было выбрано в первую очередь для соответствия другим критериям, предпочтительнее выбирать операционный усилитель в сочетании с дискретными резисторами.

На рис. 4 показана схема усилителя для измерений тока на стороне высокого напряжения на основе операционного усилителя MCP6H01 производства Microchip Technology с дискретными настройками коэффициента усиления настроечными резисторами.

Рис. 4. Измерение тока на стороне высокого напряжения с использованием дискретных резисторов и операционного усилителя

В этой схеме коэффициент усиления усилителя задается отношением R₂ к R₁. Также обратите внимание, что R₁* = R₁, R₂* = R₂, и что номинал токового шунтового резистора R_SEN должен быть во много раз меньше, чем R₁ или R₂. Обычно это не проблема, потому что номинал токового шунтового резистора обычно составляет порядка миллиом или даже долей миллиом для схем с очень высоким током.

Формулы на рис. 4 дают понять, что использование операционного усилителя и дискретных резисторов требует больших знаний о параметрах компонентов, чем при использовании токовых усилителей с задающими усиление интегрированными резисторами.

Заключение

Токовые усилители преобразуют низкие напряжения, возникающие на шунтовых резисторах, в повышенные напряжения, более совместимые с преобразованием АЦП. Возможны два типа измерения тока: со стороны низкого и со стороны высокого напряжений питания. При измерениях со стороны низкого напряжения токоизмерительный резистор вставляют в разрыв цепи между нагрузкой и заземлением, тогда как при измерениях со стороны высокого напряжения токоизмерительный резистор вставляют между источником питания и нагрузкой. Конфигурации измерения как с низкой, так и с высокой стороны напряжения имеют свои достоинства и недостатки, поэтому выбор варианта для конкретного применения требует некоторого анализа и обсуждения.

При измерении тока можно использовать либо специально разработанный токовый усилитель с установкой усиления на заводе-изготовителе с помощью встроенных резисторов с лазерной подстройкой, либо подходящий операционный усилитель и дискретные резисторы. Первый вариант уменьшает количество компонентов на плате и упрощает проектирование AFE. Однако если конструкция AFE требует подстраиваемого усиления для согласования с определенным значением шунтового резистора и диапазоном входного напряжения АЦП, второй вариант является более подходящим.

Основы измерения тока: Токоизмерительные усилители. Часть 1

Автор: Стив Лейбсон Перевод: Виктор Чистяков, г. Малоярославец

Разделы: Операционные усилители, Аналого-цифровые преобразователи, Токовые мониторы

Опубликовано: 20.03.2019

1. Усилители переменного тока

Усилитель переменного тока – это устройство, предназначенное для усиления входного сигнала, как правило, синусоидальной формы. Такие усилители в основном выполняются на транзисторах, как биполярных, так и полевых, причем используются различные схемы их включения.

Усилители, как правило, выполняют из нескольких каскадов, осуществляющих последовательное усиление сигнала. В зависимости от выполняемых функций усилительные каскады разделяют на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Каскады предварительного усиления предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады – для получения требуемых значений тока или мощности сигнала в нагрузке.

Простейший усилитель на одном биполярном транзисторе, включенном по наиболее распространенной схеме с общим эмиттером, представлен на рис 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема (а) и временная диаграмма (б) усилительного каскада

Особенностью этой схемы является малые нелинейные искажения и низкий коэффициент полезного действия (КПД), который зависит от величины входного сигнала и колеблется в пределах (0 … 25 %). Такой режим усилителя с малыми нелинейными искажениями называется режимом класса А. Усилители могут работать еще в нескольких классах – В, АВ, С и Д.

Основными элементами каскада являются управляемый элемент (УЭ), функцию которого выполняет биполярный или полевой транзистор, и резистор R. Совместно с источником питания Е, эти элементы образуют выходную цепь каскада. Усиливаемый сигнал U_вх принятый для простоты синусоидальным, подается на вход УЭ. Выходной сигнал напряжения снимается с выхода УЭ или с резистора R.

Выходное напряжение создается за счет падения напряжения на резисторе R при протекании по нему выходного тока усилительного элемента УЭ. Поскольку ток УЭ изменяется по закону, заданному входным напряжением, то и падение напряжения на резисторе R изменяется во времени по такому же закону. В соответствии со структурной схемой рис. 1.1, а закон изменения выходного напряжения определяется выражением

u_вых = Е − i(u_вх)·R,

где второе слагаемое определяет переменную составляющую выходного сигнала.

При подаче переменного напряжения на вход УЭ происходит изменение тока в его цепи, а, следовательно, и напряжения на резисторе R. Таким образом, происходит процесс преобразования энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения тока УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Выходное сопротивление каскада равно сопротивлению резистора R и параллельно соединенного выходного сопротивления УЭ. Однако выходное сопротивление транзисторов очень велико, поэтому оно практически не оказывает влияния на выходное сопротивление.

Для обеспечения работы усилительного каскада при переменном входном сигнале в его выходной цепи должны быть созданы постоянные составляющие тока I₀ и напряжения U₀ (рис. 1.1,б). Эту задачу решают путем подачи во входную цепь каскада кроме переменного усиливаемого сигнала соответствующего постоянного напряжения U_0вх (рис. 1.1,а), или постоянного входного тока I_0вх.

Постоянные составляющие тока и напряжения определяют так называемый режим покоя усилительного каскада. Параметры режима покоя во входной цепи (U_0вx и I_0вх) и в выходной цепи (U₀ и I₀) характеризуют состояние схемы в отсутствие входного сигнала.

Показатели усилительных каскадов зависят от способа включения транзистора, исполняющего роль управляемого элемента. В связи с этим анализ усилительных каскадов на биполярных транзисторах проводится для трех способов включения: с общим эмиттером ОЭ, общим коллектором ОК и общей базой ОБ. Однако наибольшее распространение для усиления напряжения получила схема с ОЭ (рис. 1.2) как имеющая максимальный коэффициент усиления по мощности.

Усилители тока и буферы тока

В этой статье мы подробно рассмотрим усилители тока, буферы тока и повторители тока.

Краткое описание

Усилитель тока

Введение

Усилитель тока представляет собой электронную схему, которая увеличивает величину тока входного сигнала на фиксированную величину и подает его на последующую схему/устройство. Этот процесс называется текущим усилением входного сигнала.

[адсенс1]

Входной сигнал может быть либо постоянным сигналом, либо изменяющимся во времени сигналом. В идеале, во время этого процесса усиления тока усилитель тока будет поддерживать составляющую напряжения входного сигнала неизменной. Ниже представлена ​​блок-схема типичного усилителя тока.

Формы сигналов на входных и выходных клеммах обозначают величину тока во времени. Обратите внимание, что весь сигнал растягивается (увеличивается) на выходе с фиксированным коэффициентом.

Коэффициент усиления усилителя тока

В электронике «Коэффициент усиления» — это технический термин, используемый для оценки усиливающей способности усилителя. А поскольку усилитель тока преобразует только текущую составляющую входного сигнала, его усиление зависит от того, насколько он увеличивает ток выходного сигнала по отношению к входному сигналу.

Математически коэффициент усиления усилителя тока представляет собой отношение величины тока, протекающего через его выходные клеммы, к величине тока входного сигнала. Обозначается символом А _i , и поскольку это отношение, оно не имеет единиц измерения.

Например, если ток от входного сигнала равен 1 мА, а ток, протекающий через выходные клеммы, равен 100 мА, то коэффициент усиления данного усилителя тока будет равен 100 (100 мА/1 мА). Это означает, что на выходе происходит 100-кратное увеличение величины тока входного сигнала.

Усиление также может иметь отрицательное значение. Это указывает на то, что выходной сигнал является перевернутой и масштабированной копией входного сигнала.

Характеристики идеального усилителя тока

Для проектирования усилителя тока необходимо составить набор правил/характеристик, определяющих его теоретическое поведение. Ниже приведены эти идеальные характеристики:

• Коэффициент усиления по току усилителя (A _i ) должен оставаться постоянным для всего диапазона входного сигнала
• Коэффициент усиления усилителя тока не должен зависеть от окружающих условий, таких как температура и влажность
• Входное сопротивление (эффективное сопротивление между входными клеммами) усилителя тока должно быть равно нулю
• Выходное сопротивление (эффективное сопротивление между выходными клеммами) усилителя тока должно быть бесконечным

В реальных условиях невозможно достичь рекомендованного выше импеданса усилителей тока. Но они используются только в качестве эталонных параметров для разработки почти идеальных схем усилителей тока. На приведенной ниже диаграмме показана модель идеального усилителя тока вместе с практической.

Обратите внимание на сопротивления на входе и выходе усилителя тока в реальном сценарии. Сопротивление, последовательно подключенное к входу, указывает на эффективное сопротивление, создаваемое схемой усиления. Сопротивление, параллельное выходу, означает, что часть выходного сигнала теряется либо из-за механизмов обратной связи, либо из-за внутренних потерь.

Схема усилителя тока

Ниже приведена принципиальная схема простой двухкаскадной схемы усилителя тока, в которой в качестве усилительного элемента используются транзисторы npn и pnp.

Фотодиод поглощает энергию света и высвобождает электроны, тем самым действуя как источник входного тока. Этот ток от фотодиода сначала усиливается транзистором Q1, а затем усиливается транзистором Q2.

Резисторы в основаниях обоих транзисторов используются для регулировки коэффициента усиления. Количество раз, когда сигнал усиливается, такое же, как каскады в усилителе. Здесь ток усиливается вдвое, так что это 2-каскадный усилитель тока.

Переходя к расчетной части, скажем, i _d — это ток, протекающий от фотодиода, а A _i1 , A _i2 — коэффициенты усиления транзисторов Q1 и Q2 соответственно.

Ток на выходе первого транзистора будет равен А _i1 i _d , и это будет вход на второй транзистор. Второй транзистор Q2 дополнительно усилит этот сигнал в A _i2 раз.

Итак, конечный выходной ток будет равен А _i2 A _i1 i _d , что делает коэффициент усиления всего двухкаскадного усилителя тока равным A _i2 A _i1 .

Применение усилителей тока

Ниже приведены некоторые практические применения усилителей тока:

• В системах усилителей усилители тока используются для получения лучшего басового выхода за счет увеличения интенсивности, с которой работают динамики.
• Усилители тока с переменным коэффициентом усиления используются во многих промышленных производственных системах, таких как станки для лазерной и гидроабразивной резки, для управления интенсивностью производства
• В сенсорных системах усилители тока используются для усиления слабых входных сигналов для использования в последующих схемах

[адсенс2]

Буфер тока

Введение

Буфер тока представляет собой электронную схему, которая используется для передачи электрического тока от входного источника с очень низким импедансом (действующее сопротивление) к выходным нагрузкам с высоким импедансом. Он предназначен для предотвращения воздействия на источники сигнала из-за любых различий в величине тока, потребляемого выходными нагрузками.

В большинстве сценариев он действует как мост между слабыми входными сигналами (например, сигналами от датчиков) и выходными нагрузками, которые могут потреблять большие токи. Ниже приведена схема идеального буфера тока.

В первую очередь предназначен для устранения влияния выходной нагрузки на входной источник. Таким образом, вы можете думать о буфере тока как о схеме, которая изолирует входные и выходные схемы, позволяя при этом обеспечить необходимый поток тока на выходную нагрузку, чтобы поддерживать на ней постоянное напряжение.

Практическое использование буфера тока

Рассмотрим схему, использующую датчик LDR для управления роботом. Ток, потребляемый двигателями робота, не является постоянным и зависит от наклона или шероховатости поверхности, т.е. нагрузки на двигатели.

Таким образом, если двигатели напрямую связаны с датчиком температуры с помощью усилителя тока или других подобных драйверов, двигатели иногда могут потреблять больший ток, что влияет на точность датчика. Напряжение на двигателях также изменится, что, в свою очередь, изменит скорость робота.

Чтобы этого не произошло, используются текущие буферы. Они могут обеспечивать требуемый ток для двигателей, не влияя на точность датчика, при этом поддерживая постоянное напряжение на клеммах двигателей, т. е. на выходных нагрузках.

Повторитель тока

Буферная схема тока с коэффициентом усиления 1 (т. е. входной и выходной токи одинаковы) называется повторителем тока. Это означает, что схема повторителя тока не обеспечивает усиления тока во входном сигнале.

Вам может быть интересно, почему используется схема повторителя тока, поскольку входной и выходной токи повторителя тока одинаковы. Причина в том, что повторитель тока не используется для увеличения выходного тока.

Но он используется для изоляции входных и выходных клемм, позволяя одинаковому количеству тока проходить на вход и на выход. По этой причине цепи повторителя тока также называются изолирующими буферами.

Схема цепи буфера тока

Ниже приведена принципиальная схема простого буфера тока MOSFET.

Такое расположение обеспечивает очень низкий импеданс входного сигнала и высокий импеданс на выходной клемме, что делает его почти идеальным буфером тока.

Применение буферов тока

Ниже приведены некоторые практические применения буферов тока:

• В цифровых логических элементах буферы тока используются для изоляции входных сигналов от последующих цепей
• Токовые буферы используются в высокоточных сенсорных системах для снижения влияния колебаний напряжения/тока из-за различных выходных импедансов
• В приводах двигателей и других электрических исполнительных системах

Усилители тока и буферы тока

На первый взгляд, усилители тока и буферы тока могут показаться похожими. Оба принимают слабый сигнал и выдают более сильный сигнал (с точки зрения тока) на выходе. Но основные отличия заключаются в способе усиления входного сигнала.

Для усилителей тока величина тока на выходных клеммах всегда кратна величине входного тока. Таким образом, зная величину тока входного сигнала, мы можем легко рассчитать ток на выходе, умножив входной ток на коэффициент усиления усилителя.

Это не относится к текущим буферам. Разница в том, что токовые буферы предназначены для обеспечения такого тока, которого требует нагрузка, при поддержании постоянного напряжения на ней. Поэтому, если мы не знаем, какой ток потребляет выходная нагрузка, мы не можем определить, с каким коэффициентом усилитель тока усиливает входной сигнал.

Проще говоря, коэффициент усиления по току буфера тока непостоянен и изменяется в зависимости от тока, потребляемого выходной нагрузкой, в то время как коэффициент усиления усилителя тока постоянен независимо от выходного устройства. Транзистор в качестве усилителя

Буферный усилитель представляет собой схему, преобразующую электрическое сопротивление одной цепи в другую. Основная цель буфера — предотвратить загрузку предыдущей цепи последующей. Например, датчик может иметь возможность производить напряжение или ток, соответствующие определенной физической величине, которую он измеряет, но у него может не быть мощности для управления схемой, к которой он подключен. В таких случаях можно использовать буфер. Буфер, подключенный между датчиком и последующей схемой, легко управляет схемой по току или напряжению в соответствии с выходным сигналом датчика. Буферы подразделяются на буферы напряжения и буферы тока. Символы идеального буфера напряжения и буфера тока показаны на рис. 1 и рис. 2 соответственно.

Символ буфера идеального напряжения

Символ идеального текущего буфера

Буфер напряжения.

Цепь, передающая напряжение от цепи с высоким выходным сопротивлением к цепи с низким входным сопротивлением, называется буфером напряжения. Буфер напряжения, подключенный между этими двумя цепями, предотвращает нагрузку на первую цепь с низким входным сопротивлением (вторая). Бесконечный входной импеданс, нулевой выходной импеданс, абсолютная линейность, высокая скорость и т. д. — вот особенности идеального буфера напряжения.

Если напряжение передается от первой цепи ко второй цепи без изменения амплитуды, то такая цепь называется буфером напряжения с единичным коэффициентом усиления или повторителем напряжения. Выходное напряжение просто отслеживает или следует за входным напряжением. Коэффициент усиления повторителя напряжения равен единице (Av = 1). Даже при отсутствии усиления по напряжению будет достаточное усиление по току. Поэтому, когда повторитель напряжения подключен между двумя цепями, он будет передавать напряжение с первой на вторую без какого-либо изменения амплитуды и управлять второй схемой, не нагружая первую цепь.

Буфер напряжения может быть реализован с использованием операционных усилителей, BJT или MOSFET. Повторитель напряжения с использованием транзистора (BJT) показан на рис. 3. Повторитель напряжения с использованием BJT также известен как эмиттерный повторитель. +Vcc — это напряжение коллектора транзистора, Vin — входное напряжение, Vout — выходное напряжение, а Re — эмиттерный резистор транзистора.

Повторитель напряжения, реализованный с использованием операционного усилителя, показан на рис. 2. Это достигается путем применения полной последовательной отрицательной обратной связи к операционному усилителю, т.е. подключив выходной контакт к инвертирующему входному контакту. Здесь операционный усилитель настроен в неинвертирующем режиме (см. рис. 2). Таким образом, уравнение для коэффициента усиления: Av= 1 + (Rf/R1).

Поскольку выход и инвертирующий вход закорочены, Rf=0 .

Поскольку заземление R1 отсутствует, цепь можно рассматривать как разомкнутую, поэтому R1 = ∞

Следовательно, (Rf/R1) = (0/∞)  = 0.

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению Av = 1 + (Rf/R1) = 1+0 =1.

Повторитель напряжения на транзисторе

Повторитель напряжения на операционном усилителе

Текущий буфер.

Буфер тока представляет собой схему, которая используется для передачи тока из цепи с низким входным сопротивлением в цепь с высоким входным сопротивлением. Буферная схема тока, подключенная между двумя цепями, предотвращает загрузку первой схемы второй схемой. Характеристики идеального буфера тока — бесконечное входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление, высокая линейность и быстрая реакция. Текущий буфер с единичным усилением (B=1) называется текущим буфером с единичным усилением или повторителем тока. Здесь выходной ток просто отслеживает или следует за входным током. Буфер тока может быть реализован с использованием транзистора (BJT или MOSFET).

Цепь усилителя тока.

Схема усилителя тока представляет собой схему, которая усиливает входной ток с фиксированным коэффициентом и подает его на следующую схему. Усилитель тока чем-то похож на буфер напряжения, но разница в том, что идеальный буфер напряжения будет пытаться обеспечить любой ток, необходимый для нагрузки, сохраняя при этом входное и выходное напряжения одинаковыми, где усилитель тока подает на последующий каскад ток, который является фиксированным кратным входному току.