Добрый день, уважаемые господа!
Необходимо сделать Преобразователь тока в напряжение на операционном усилителе (ОУ) для подключения к трансформатору тока (ТТ). Выход ОУ в дальнейшем будет заведен в микроконтроллер через АЦП.
На входе ОУ будет ток порядка 50 мкА частотой 50 Гц, на выходе должно быть напряжение 0,5 В - соответственно коэффициент усиления 10 000. Воспользовался классической схемой: один вывод ТТ подключен на общий ноль, второй вывод подключен на инвертирующий вход ОУ; неинвертирующий вход ОУ подключен к общему нулю; отрицательная обратная связь (между инвертирующим входом и выходом ОУ) с резистором 10 кОм; питание ОУ разнополярное от блока питания компьютера, должно быть 12 В, по факту было меньше.
1) Применил ОУ LM358, но из-за входного смещения ОУ (тока или напряжения, точно не знаю) и с таким коэффициентом усиления, выходной сигнал был сильно смещен вниз, на осциллографе видел только верхнюю часть положительного полупериода синусоиды. Поставил в отрицательную обратную связь резистор 1 кОм, на осциллографе увидел весь сигнал, выходное напряжение было на уровне 8,26 В. Такой коэффициент усиления и такое смещение не устраивали.
2) Вернул резистор 10 кОм в отрицательную обратную связь. Вместо ОУ LM358 подключил ОУ OP37G от Analog Devices. К пинам ОУ 1 и 8 (TRIM), как следует из DataSheet, подключил переменный резистор 10 кОм. Регулируя переменный резистор, вывел выходной из зоны насыщения ОУ. Синусоида выходного сигнала соответствовала входному сигналу с учетом коэффициента усиления. Но постоянная составляющая выходного сигнала ОУ резко реагировала на любые прикосновения к трансформатору тока, а также к прикосновениям к проводу плюсового питания.
Свести синусоиду выходного сигнала к колебаниям вокруг нуля (то есть чтоб не было постоянной составляющей) с помощью переменного резистора не представлялось возможным. При регулировке синусоида резко скатывалась то в сторону положительного насыщения ОУ, то в сторону отрицательного.
Проблему не решил ни зануленный экран на ТТ, ни помещение ТТ в зануленный металлический корпус. Единственное, уменьшалась резкость изменения постоянной составляющей выходного сигнала.
Подключив синусоидальный генератор к входу ОУ (вместо ТТ) через токоограничивающий резистор номиналом 75 кОм, убедился, что выходной сигнал колеблется вокруг нуля, а вращение регулятора переменного резистора практически не влияет на уровень постоянной составляющей в выходном сигнале.
3) Дополнил схему конденсаторами и резисторами, взяв за основу рисунок "Figure 36. I-to-V Converter Connection" из DataSheet для ОУ AD797 от Analog Devices. Кроме того, поменял переменный резистор с 10 кОм на 1 кОм, включив его посередине между двумя резисторами по 4,7 кОм, чтобы уменьшить возможность регулировки постоянной составляющей выходного сигнала (чтобы она не слишком "прыгала") (данный совет взял из рисунка 2 DataSheet OP37).
Получилось так:
Применение этих схем значительно снизило реакцию постоянной составляющей в выходном сигнале ОУ на прикасания к ТТ и полностью исключило реакцию на прикасания к питающим ОУ проводам.
На рисунке видна реакция выходного сигнала на прикасания к ТТ (здесь и далее: розовый сигнал - напряжение на выходе ОУ; синий сигнал - напряжение на токовом шунте во входной цепи ТТ; остальные сигналы это напряжение питание ОУ):
(видно, что постоянная составляющая в розовом сигнале до середины осциллограммы отличается от составляющей после середины. Причем, размах синусоиды не изменяется, то есть она остается пропорциональна входному сигналу).
Полностью исключить постоянную составляющую из выходного сигнала, посредством вращения регулятора переменного резистора, не удавалось. Устойчивых положения синусоиды выходного сигнала было всего 2, они были близки к напряжениям насыщения ОУ. Самое близкое к "нулю", что удалось получить, показано ниже:
С увеличением уровня входного сигнала, получалось такое:
То есть выходной сигнал продолжал расти от своего крайнего положения. Причем, быстрое изменение уровня входного сигнала приводило к изменению уровня постоянной составляющей в выходном сигнале, то есть синусоида начинала медленно "прыгать туда-сюда".
Сталкивался ли кто нибудь с таким изменением постоянной составляющей в выходном сигнале? Можно ли это как то скомпенсировать? Может быть выбранный мной ОУ OP37G не подходит для таких целей и нужно что то по точнее с меньшим смещением. Почему то при подключении генератора вместо ТТ, таких "прыжков" не наблюдалось, синусоида была ровно в середине (грешу на разное входное сопротивление, так как с генератором использовал резистор 75 кОм).
Буду рад любой идеи.