Прием сигнала незаземленных источников

Напряжение плавающих источников сигнала может быть достаточно точно измерено приемником как с одиночным, так и с дифференциальным входом. Однако при использовании дифференциального входа нужно следить за тем, чтобы величина синфазного сигнала не вышла за границы диапазона работоспособности приемника. Сопротивление между любым из дифференциальных входов и "землей" очень велико, поэтому даже маленький ток помехи может создать на нем падение напряжения более 10 Вольт, что переведет типовой приемник сигнала в режим насыщения. Ток помехи в этом случае может состоять из входных токов смещения самого дифференциального приемника и тока паразитной емкостной и кондуктивной связи с источником помехи.

Для уменьшения этого эффекта входы дифференциального приемника можно соединить с землей сопротивлениями и (рис. 3.84). Если внутреннее сопротивление источника сигнала велико, то резисторы выбирают с одинаковым сопротивлением. При низком сопротивлении источника (как, например, у термопар), разница сопротивлений не играет роли и можно использовать одно из них вместо двух. Если источник сигнала соединен с приемником через развязывающие конденсаторы, когда приемник оказывается отключен от источника по постоянному току, то величины резисторов должны быть строго одинаковы. В балансных цепях передачи сигнала эти резисторы улучшают симметрию дифференциальной пары проводов и улучшают эффект компенсации синфазной помехи.

Сопротивление резисторов на рис. 3.84 выбирается как можно меньшим, чтобы снизить величину синфазного сигнала, однако оно должно быть много больше внутреннего сопротивления источника сигнала, чтобы не вносить погрешность в результат измерения. При использовании термопар типовая величина сопротивлений лежит в диапазоне 10КОм...100КОм. Еще более ослабить высокочастотную синфазную помеху можно, включив параллельно резисторам конденсаторы.

Рис. 3.84. Устранение насыщения дифференциального приемника с помощью резисторов

Дифференциальные приемники сигнала всегда дают более высокую помехозащищенность по сравнению с приемниками с одиночным входом, однако они требуют больше соединительных проводов и технически сложнее. Поэтому выбор между дифференциальным или одиночным входом может быть сделан только при рассмотрении конкретных условий применения и требований к системе. Промышленные приемники выпускаются как с дифференциальными, так и одиночными входами. Например, модуль ввода аналоговых сигналов NL-8AI фирмы НИЛ АП (подробнее см. pdf 1,2 Мб и [Денисенко]) позволяет программно устанавливать конфигурацию с 16 одиночными или 8 дифференциальными входами.

Нами было проделано экспериментальное сравнение величины помех для приемников с одиночным и дифференциальным входом. В качестве источника сигнала был выбран терморезистор сопротивлением 20 КОм, соединенный витой парой длиной 5 метров с приемником. В качестве дифференциального приемника был использован инструментальный усилитель RL-4DA200 и система сбора данных RL-8AI серии RealLab! фирмы НИЛ АП. Переход от одиночного включения к дифференциальному в данном случае уменьшает среднеквадратическое значение напряжения помехи в 136 раз [Денисенко]. Это объясняется тем, что усилитель с одиночным входом воспринимает без ослабления помеху, которая была ослаблена в дифференциальном усилителе благодаря его коэффициенту подавления синфазного сигнала.

В первом приближении можно сказать, что приемники с одиночным входом могут быть использованы, если источник и приемник сигналов разнесены на небольшое расстояние (до единиц метров), если сигнал источника предварительно усилен или имеет большую величину (более 1 В) и если земляные выводы источника и приемника соединены в одной точке коротким проводником с низким сопротивлением. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, следует использовать приемники с дифференциальным входом.