Преобразование напряжения сигнала в ток. Преобразователь напряжение - ток схема Преобразователь ток напряжение на оу расчет

В однополярном преобразователе напряжение-ток, схема которого показана на Рисунке 1, использовано классическое включение операционного усилителя IC2a и NPN транзистора Q1. Стабилизируемый ток течет через эмиттерный резистор R E , который выполняет здесь роль простейшего пассивного преобразователя ток-напряжение. Фактическим напряжением отрицательной обратной связи в цепи регулирования является напряжение на инвертирующем входе IC2a. Зона нечувствительности на вольтамперной характеристике создается током, текущим от источника опорного напряжения V REF через резисторы R D и R E в землю. Источником опорного напряжения V REF служат двухвыводная микросхема шунтового регулятора IC1, резистивный делитель Ra, Rb и операционный усилитель IC2b.

Для оценки ширины зоны нечувствительности, прежде всего, представим, что V IN равно нулю. Операционный усилитель стремится смещать к нулю также и напряжение V ED . Однако стать равным нулю V ED не может, поскольку переход база-эмиттер транзистора Q1 в это время работает, как диод, смещенный в обратном направлении. В результате эмиттерный ток Q1 равен нулю, откуда следует, что падение напряжения на резисторе R E равно:

Поскольку это же напряжение приложено к инвертирующему входу операционного усилителя, его выход находится в отрицательном насыщении.

При увеличении V IN никаких изменений не будет происходить до тех пор, пока входное напряжение не превысит напряжение V ED , данное Уравнением 1. С этого момента выходное напряжение операционного усилителя IC2a станет положительным, и через эмиттер Q1 потечет ток. С ростом V IN будет расти ток эмиттера Q1. Из-за сильной отрицательной обратной связи зависимость тока I C от V IN остается линейной до тех пор, пока входное напряжение находится в диапазоне от V ED до V REF . Для оценки величины выходного тока на границе рабочего диапазона при V IN = V REF нужно принять во внимание, что на обоих выводах резистора напряжение одинаково и равно V REF , так что ток через резистор не течет. Поэтому эквивалентное сопротивление эмиттера равно самому эмиттерному сопротивлению R E , а ток эмиттера равен V REF /R E .

Выходной ток, текущий через коллектор Q1 и положительный вывод питания, очень незначительно отличается от тока эмиттера:

где β - коэффициент передачи тока Q1. На Рисунке 2 показана вольтамперная характеристика преобразователя.

При коэффициенте передачи тока транзистора приблизительно равном 230 коллекторный ток меньше эмиттерного на 0.44%. Чтобы снизить эту ошибку можно заменить Q1 либо составным транзистором Дарлингтона, либо каскадным соединением двух биполярных транзисторов. Входное напряжение V IN можно снимать непосредственно с движка потенциометра P1, или же брать от внешнего источника.

Если, к примеру, вы выбрали V DB = 0.1×V REF , V DB = V ED то из Уравнения 1 будет следовать R D = 9R E . Теоретическая зависимость выходного тока от входного напряжения представлена графиком на Рисунке 2.

Измерения, проведенные на макете схемы, показали, что V REF = 0.19645 В, а напряжение V ED на эмиттере при максимальном входном напряжении равно 0.19660 В.

Напряжение V DB определялось путем измерения значений V IN в моменты резких изменений выходного напряжения IC2a с нулевого на положительное и наоборот. Было определено, что для положительных переходов V DB = 19.75 мВ, а для отрицательных V DB = 19.70 мВ.

Преобразователи напряжения в ток (U/I) нашли широкое применение при передаче информации в аналоговом виде на значительные расстояния. Большинство измерительных устройств, применяемых при автоматизации нефтяной промышленности, имеют токовый выход. Преобразователи U/I являются практически идеальными источниками тока. Значение тока, несущего информацию о некоторой физической величине (давление, температура, уровень), не зависит от сопротивления линии связи (в некоторых пределах), что позволяет исключить ее влияние.

Один из вариантов преобразователя построен на основе инвертирующей схемы, где взамен резистора включена нагрузка
(рисунок 7.5).

Рисунок 7.5 - Инвертирующий преобразователь напряжение – ток

Функцию преобразования легко получить из следующих выражений

. (7.28)

В этой схеме реализована отрицательная обратная связь по току, это обстоятельство обеспечивает большое выходное сопротивление преобразователя

Поэтому изменение сопротивления нагрузки в широких пределах не влияет на значения тока . Однако, возможное изменение сопротивления нагрузки не беспредельное. Следует учесть, что ток в нагрузке поддерживается за счет напряжения
, которое не может быть больше, чем
. Отсюда следует, что максимальное сопротивление, которое можно включить в нагрузку без изменения функции преобразования равно

. (7.30)

Недостаток этой схемы – малое входное сопротивление
, который устраняется в схеме преобразователя, построенного на основе неинвертирующего включения ОУ (рисунок 7.6).

Рисунок 7.6 - Неинвертирующий преобразователь напряжение – ток

В этой схеме введена последовательная отрицательная обратная связь по току, что и обеспечивает большое входное сопротивление. Преобразователь имеет потенциальный вход и не нагружает источник сигнала, который может иметь большое входное сопротивление.

Функцию преобразования можно получить из следующих уравнений

, (7.31)

. (7.32)

Достаточно часто требуется обеспечить передачу большого тока на значительное расстояние, для этого можно применить более мощный ОУ или добавить умощняющий транзистор (рисунок 7.7).

Рисунок 7.7 - Преобразователь напряжение – ток

с умощняющим транзистором

В этой схеме
, но токбольше тока нагрузки на ток базы, который может быть не стабильным. Для исключения этого эффекта биполярный транзистор заменяют полевым транзистором с изолированным каналом. У него токи стока и истока всегда одинаковы.

7.5. Преобразователь ток – напряжение

При измерении тока важно, чтобы входное сопротивление прибора, включаемого в цепь было близким к нулю и не влияло на режим работы цепи. Таким свойством обладает преобразователь ток – напряжение (рисунок 7.8). Преобразователь имеет токовый вход и потенциальный выход. Этот вывод можно сделать, определив вид, способ введения и способ снятия обратной связи.

Рисунок 7.8 - Преобразователь ток – напряжение

В преобразователе реализована отрицательная обратная связь по напряжению с параллельным способом введения.

Ток , втекающий в точкуa равен току. Ток, проходящий через резистор, равен нулю, т.к. напряжение
, приложенное к резистору, равно нулю. Токравен току, а ток
=0 из условия идеальности ОУ.

Выходное напряжение равно

. .33)

Входное сопротивление преобразователя определяется как входное сопротивление усилителя с параллельным введением ООС

Магнитоэлектрический механизм, включенный непосредственно в измерительную цепь, позволяет измерять малые постоянные токи, не превышающие 20-50 мА. Превышение указанных значений может привести к повреждениям провода рамки и спиральной пружины. Таким образом, сам магнитоэлектрический механизм может выступать только в роли микроамперметра или миллиамперметра. Для того чтобы измерять большие токи, используют измерительные цепи, включающие в себя шунты. Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение. Он представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима, к которым подводится ток /, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение V, называются потенциальными. К потенциальным зажимам обычно присоединяют измерительный механизм ИМ прибора.

Шунт характеризуется номинальным значением входного тока / ном и номинальным значением выходного напряжения?/ ном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта

К ш = ^ном/4юм- Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую - через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

На рис. 4.1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма ИМ с шунтом Я ш. Ток / и, протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током / зависимостью

Рис. 4.1.

где Я и - сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток / и был в п раз меньше тока /, то сопротивление шунта должно быть:

К = Я и /(/7 - 1),

где п = ///„ - коэффициент шунтирования.

Шунты изготовляют из манганина, сплава с высоким удельным сопротивлением и малой зависимостью его от температуры. Если шунт рассчитан на небольшой ток, то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами. В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

На рис. 4.2 показан наружный шунт на 20 А. Он имеет массивные наконечники из меди 4, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин 3, впаянных между ними. Зажимы шунта 1 - токовые.

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам 2, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Рис. 4.2. Наружный шунт: I - токовые зажимы; 2 - потенциальные зажимы; 3 - манганиновые пластины; 4 - медные наконечники

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т. е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. По ГОСТ 8042-93 калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения. На рис. 4.3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависимости от предела измерения путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 4.3, а) или переключателем (рис. 4.3, б).

Рис. 4.3. Схемы многопредельных шунтов: а - шунта с отдельными выводами;

б - шунта, с переключателем

Применение шунтов с измерительными механизмами других систем, кроме магнитоэлектрической, нерационально, так как другие измерительные механизмы потребляют большую мощность, что приводит к существенному увеличению сопротивления шунтов и, следовательно, к увеличению их размеров и потребляемой мощности.

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

Серийные шунты выпускаются для токов не более 5000 А. Для измерения токов свыше 5000 А допустимо параллельное соединение шунтов.

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы стрелочных вольтметров всех систем, за исключением электростатической и электронной. Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 4.4). Ток / и в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением К и и добавочного резистора с сопротивлением Я а составит:

/„ = тк + /у,

где и - измеряемое напряжение.

Рис. 4.4.

с добавочным резистором

Если вольтметр имеет предел измерения?/ ||0М и сопротивление измерительного механизма и при помощи добавочного резистора Л л надо расширить предел измерения в п раз, то, учитывая постоянство тока / и, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

и ном /К = я?4юм/(Я и + я д),

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала.

Они применяются в цепях постоянного и переменного тока. Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для уменьшения собственной индуктивности.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность. Если принять, что обмотка измерительного механизма имеет температурный коэффициент сопротивления Р и, а добавочный резистор - температурный коэффициент сопротивления, то температурный коэффициент всего вольтметра (см. рис. 4.4) равен:

Р = (РА + РА)/А + /у

Обычно Р л = 0, тогда

В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются секционными на несколько пределов измерения (рис. 4.5).

• 75 мВ

Рис. 4.5.

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

Входные и выходные каскады большинства электронных устройств являются источниками или приемниками напряжения. Однако в целом ряде случаев предпочтение отдается токовым сигналам. Токовые сигналы используются в длинных линиях связи распределенных систем управления технологическими процессами, поскольку этот способ обеспечивает хорошую защиту от помех, а сопротивления кабеля и контактных соединений практически не влияют на качество передачи сигнала. С токовым входным сигналом приходится иметь дело, например, в фототранзисторной схеме для измерения освещенности, при измерении тока, потребляемого нагрузкой, и т.д. Токовыми нагрузками являются широко используемые стрелочные измерительные приборы магнитоэлектрической системы.

Преобразователи тока в напряжение (ПТН) и напряжения в ток (ПНТ) используются в различных электронных устройствах и системах, в частности, для согласования каскадов, работающих с потенциальными и токовыми сигналами.

Для измерения малых токов с успехом может использоваться схема, рис. 2.24. Нижняя граница 1Вх составляет доли пикоампера. Согласно правилам 1 и 2 весь входной ток протекает через Roc и, следовательно,

Рис. 2.24. ПТН для малых токов

Коэффициент преобразования:

К _ ^вых _ ~ ^ос к

IBX i | r3kb + Rqc °ci

где К - коэффициент усиления по напряжению разомкнутого ОУ;

R-экв - эквивалентное сопротивление между входом (-) и землей, включающее в себя сопротивление источника тока и дифференциальное входное сопротивление ОУ. Входное сопротивление:

r _ Roc " ^экв вх Roc+(k + l).R31CB-

Учитывая, что обычно K-Rokb^Roo можно записать

вх ~1 + К* Выходное напряжение смещения:

^см.вых ~ ^сдв + ^см^ос »

где иСдв ~ входное напряжение сдвига; 1см - входной ток смещения.

Минимальное значение измеряемого тока определяется Uceb, 1см и их дрейфами. Поэтому с целью улучшения метрологических характеристик ПТН рекомендуется следующее:

1. При входных токах менее 1 мкА желательно использовать ОУ с полевыми входными транзисторами, имеющими очень малые входные токи.

Необходимо обеспечивать выполнение условия r3kb>>Roc> так как ТЛсдв усиливается схемой в -Roc/R-экв раз*

Погрешность, обусловленную 1см» можно значительно уменьшить, заземлив вход (+) не непосредственно, а через резистор, равный Roc-

Дрейф 11сдв и 1СМ вызывается изменением температуры. Поэтому целесообразно принятие мер по уменьшению нагрева ОУ в схеме ПТН.

В схеме ПТН лучше использовать прецизионные высокостабильные резисторы.

Преобразователи напряжения в ток. В ряде случаев возникает необходимость управлять током нагрузки при помощи входного напряжения. При этом изменение напряжения на нагрузке и колебания ее сопротивления не должны нарушать однозначности зависимости Ih=F(Ubx).

Простейшие ПНТ для незаземленной (плавающей) нагрузки приведены на рис. 2.25.

Максимальный выходной ток ограничивается максимальным выходным напряжением ОУ (напряжением питания) и сопротивлением нагрузки RH. Для схемы рис. 2.25,а н, для схемы

рис. 2.25,6 1выхмах =uhac/(rbx +&н)> где Uhac - выходное напряжение ОУ в режиме насыщения.

Увеличение тока нагрузки может Рис 2.26. ПНТ с увеличенным током быть достигнуто применением тран- нагрузки

зистора, рис. 2.26. Благодаря способности транзистора усиливать ток, 1н может быть в р раз больше максимального выходного тока ОУ (1Н = р!вых)> гп-е Р ~ коэффициент передачи тока транзистора.

Источник тока (рис. 2.27) позволяет вести управление разностью напряжений UBXi -UBX2. Согласно правилу 1 потенциал точки А равен UBxb а потенциал точки Б - UBx2- Таким образом, через резистор R протекает ток, равный (UBX1-UBX2)/R. В соответствии с правилом 2 весь этот ток протекает через нагрузку, поэтому

="j^~(^bxi - ^вхг)-

В рассмотренных схемах ПНТ нагрузка является плавающей (неза-земленной). Однако в ряде случаев требуется, чтобы один полюс нагрузки был заземлен. Две такие схемы для плавающих источников входного сигнала представлены на рис. 2.28. Согласно правилу 1 напряжение на резисторе Ri равно Ubx- Ток нагрузки равен Ubx^R-i-

ПНТ, рис. 2.29, работает на заземленную нагрузку и с заземленным источником входного сигнала.

Рассмотрим схему рис. 2.29,а. Выходное напряжение делится пополам между верхними по схеме резисторами R. Согласно правилу 1 потенциалы обоих входов ОУ равны ивых/2. Следовательно, напряжение на нагрузке также равно иВЫх/2. Ток нагрузки равен:

т _Т 4- т - ~ UH , ^вых ~~ Ан ~ Авх аос _ £ £

ционален управляющему напряже- ~v у п~ <~-" БЬК

нию Еь Все четыре резистора схемы должны быть согласованы (допуск 0,5... 1\%).

Аналогичную зависимость от Е2 имеет ток нагрузки в схеме рис.

2.29,6. Учитывая, что полярность ивых противоположна Е2, напряжение на каждом из верхних по схеме резисторах равно UR = (Е2 + UBbIX)/2, рис. 2.30. Согласно правилу 1

U н = U о - Е 2 = IiIHsbl - Е -UfiHLZll.

Следовательно, иВых=2ин+Е2. Ток нагрузки (рис. 2.29,6) равен:

1н - *ос ^вх

^ r _ (Е2 + UBbIX) т _ Uh _ (^вых Е2)

R" 2R »аток1вх-к- 2R

Окончатель-

ное выражение для тока нагрузки имеет следующий вид:

J _ Е2 + UfiblX Цвых ~ ^2 _ ^2

При подаче двух управляющих напряжений Е{ и Е2 одновременно IH = (Ej - E2)/R, т.е. источник тока управляется дифференциальным сигналом.

Ещё одна схема ПНТ с заземленной нагрузкой и с фиксированным значением выходного тока представлена на рис. 2.31.

Согласно правилу 1 напряжение на резисторе RcT равно напряжению стабилизации стабилитрона VD Uct-Эмиттерный ток транзистора VT 1Э = UCT/RCT . Учитывая, что для транзистора VT 1к~1э> ток нагрузки равен IH = UCT/RCT. Благодаря применению транзистора ток нагрузки может быть в р раз больше максимального выходного тока ОУ 1вых мах, где (3 - коэффициент передачи тока транзистора. Необходимым условием работы источника тока является выполнение неравенства Uh< Un - Uct - икэ нас» где и«;э нас - напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT в режиме насыщения.

Рассмотренная схема не является ПНТ в «чистом виде», поскольку выходной ток 1н задается либо изменением напряжения стабилизации Uct (сменой стабилитрона), либо изменением сопротивления резистора Rcr-

Введение

3. Повышение линейности ПНТ

4. Исследование ПНТ

Библиографический список

Введение

Преобразователи напряжение-ток (ПНТ) также являются важным элементом в схемотехнике аналоговых электронных устройств. На их основе могут быть выполнены различные прецизионные операционные усилители, в которых ПНТ используется как входной дифференциальный каскад; ПНТ органично входят в структуры АПН и могут использоваться в различных измерительных схемах.

1. Простейшие преобразователи напряжения в ток

Принцип преобразования напряжения в ток может быть проиллюстрирован с помощью простейшего усилительного каскада на одиночном транзисторе (рис. 1). (Отметим, что резистор R1 выполняет функцию подключения коллектора к шине питания; он достаточно низкоомный и служит как датчик тока при измерении тока коллектора.)

Рис. 1. Простейший преобразователь напряжение-ток на одиночном транзисторе

Предположим, что напряжение смещения UC транзистору обеспечивает источник сигнала UС. Тогда для тока эмиттера IЭ транзистора может быть записано следующее уравнение:

Оценивать качество преобразования входного напряжения в выходной ток (ток коллектора IK транзистора) наиболее просто, находя крутизну прямого преобразования S:

при условии, что a» 1.

Находить производную от выражения (1) в явном виде – достаточно громоздкая процедура, поэтому можно найти производную dUC/dIk, а затем взять обратную величину:

Выражение (2) показывает, что качество преобразования входного напряжения в выходной ток существенным образом зависит от дифференциального сопротивления эмиттера транзистора, которое, в свою очередь, зависит от тока эмиттера, а следовательно, от входного напряжения. Таким образом, простейший ПНТ обладает двумя существенными недостатками:

Нелинейностью крутизны преобразования;

Отсутствие возможности осуществлять преобразование двухполярных сигналов.

2. ПНТ на основе дифференциальных каскадов

Обеспечить преобразование двухполярных сигналов можно с помощью ПНТ на основе дифференциального каскада с последовательной отрицательной обратной связью по току в эмиттерной цепи (рис. 2а).

Рис. 2. Преобразователь напряжение-ток а) и его проходная характеристика б)

Для схемы ПНТ (рис. 2а), воспользовавшись вторым правилом Кирхгофа, можно записать следующее уравнение для узловых потенциалов:

где jT – температурный потенциал;

IХ – приращение тока через резистор R1 при воздействии входного напряжения UX.

С учётом того, что разность напряжений база-эмиттер можно представить как:

проходная характеристика такого звена (рис. 2б) может быть представлена следующим образом:

Очевидно, что нелинейная составляющая в проходной характеристике определяется первым слагаемым в выражении (4).

Достаточно удобным способом оценки погрешности такого преобразователя, обусловленной нелинейностью, может служить нахождение отклонения реальной функции IХ /I0 (кривая 2 на рис. 2б) от её линейного приближения (кривая 1 на рис. 1б). Отметим, что кривая 2 (рис. 2б) представляет собой разность выходных токов коллекторов транзисторов дифференциальной пары.

Отклонение от линейности можно представить следующим образом:

где SX=dIX /dUX – крутизна прямой передачи, определяемая из выражения (4);

dIX – абсолютное отклонение тока;

S0 =I0 /U0 – крутизна прямой передачи при линейном приближении;

I0 – максимальный выходной ток преобразователя при подаче на вход максимального напряжения U0.

Отметим, что SX(0) = S0, поэтому:

где rE = jT/I0 – дифференциальное выходное сопротивление транзисторов VT1, VT2 со стороны эмиттера при начальном токе I0; X=IX/I0.

Подставляя (6) и (7) в (8), получаем:

поскольку при g << 1 можно положить IX/I0 »UX/U0.

Формула (5) справедлива при относительно малых погрешностях преобразования – меньше 2-3 %. В этом случае при моделировании относительное отклонение от линейности можно представить как:

преобразователь ток напряжение

где SМАКС – максимальное значение крутизны на участке ±U0.

Из (8) следует, что приемлемых уровней погрешности (меньше 0,1 %) можно достичь только при выполнении условий: R1/2rE > 500 и относительном изменении тока X<0,75. Для ПНТ, работающих при питающих напряжениях ±15 В, эти условия могут быть легко реализованы. Для низковольтных схем (при их питании от напряжений меньше ±5 В) выполнение этих условий приведёт к резкому снижению крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток, повышению уровня шумов и т.д.

Основная погрешность линейности преобразования рассмотренного ПНТ обусловлена существенной режимной зависимостью rE от тока эмиттера.

3. Повышение линейности ПНТ

Каким же образом можно уменьшить влияние дифференциального сопротивления эмиттера на работу подобного ПНТ?

Одним из способов снижения влияния дифференциального сопротивления эмиттеров транзисторов служит введение отрицательной обратной связи.

Упрощённая принципиальная схема ПНТ с операционными усилителями в цепи обратной связи приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Упрощённая схема ПНТ с операционными усилителями

В этой схемотехнической конфигурации повышение линейности достигается за счёт того, что разность напряжений между входами операционного усилителя имеет достаточно малое значение, которое практически не меняется, значение дифференциального сопротивления эмиттера делится в петлевое усиление раз, что можно описать выражением:

где К – коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя.

Из (9) можно получить выражение для крутизны преобразования входного напряжения в ток:

то есть влияние нелинейной составляющей ослабляется в петлевое усиление раз.

С точки зрения линейности, такая схема обладает наилучшей линейностью преобразования напряжения в ток (при достаточно большом коэффициенте усиления операционного усилителя), практически не требует настройки, однако достаточно сложна и обладает полосой пропускания, определяемой операционным усилителем.

На рисунке 4 приведён достаточно простой вариант реализации такой схемы при интегральном исполнении, однако, как видно из рисунка, он весьма громоздок, причём на рисунке отсутствуют реальные источники тока.

Рис. 4. Схема ПНТ с линеаризацией крутизны преобразования за счёт ООС

В связи с вышеизложенным схему ПНТ (рис. 4) целесообразно использовать только при интегральном исполнении. Кроме того, следует помнить, что частотные свойства такого преобразователя будут не очень хорошими по сравнению с ПНТ на одиночном дифференциальном каскаде.

Другой способ устранения нелинейности преобразования демонстрируется схемой ПНТ, представленной на рисунке 5. Этот способ компенсации нелинейности получил достаточно широкое распространение . Суть его заключается в следующем: тем или иным способом формируется компенсирующий ток, ослабляющий влияние изменения rE дифференциального каскада при изменении тока эмиттера.

Работает схема ПНИ (рис. 5) следующим образом. Транзисторы VT1 и VT6, образующие дифференциальный каскад, с помощью резистора R1 осуществляют преобразование входного напряжения в выходной ток. Транзисторы VT2 и VT5 включены по схеме с общей базой и передают токи коллекторов транзисторов VT1 и VT6 на выход с коэффициентом передачи α » 1. Одновременно с этим при изменении токов эмиттеров транзисторов VT2 и VT5 меняются и их напряжения база-эмиттер. В этом случае меняется и разность напряжений база-эмиттер транзисторов VT2 и VT5, причём в зависимости от знака приращения входного напряжения UX разность напряжений база-эмиттер транзисторов VT2 и VT5 также меняет знак. Вспомогательный дифференциальный каскад на транзисторах VT3 и VT4 с помощью резистора RK преобразует напряжение, пропорциональное разности баз-эмиттер транзисторов VT2 и VT5, в ток, который перекрёстным образом отправляется на токовые выходы ПНТ. Поскольку в базовой схеме ПНТ на транзисторах VT1 и VT6 присутствует составляющая, обусловленная DUБЭ1,6 этих транзисторов, то при условии, что транзисторы VT2 и VT5 в точности идентичны транзисторам VT1 и VT6, а токи источников опорного тока одинаковы, выбором сопротивления резистора RK можно скомпенсировать влияние DUБЭ1,6.