Для определения характеристик солнечной установки, мне понадобилось точно измерить ее ток, отдаваемый в нагрузку. Изделие включало и выключало несколько внутренних устройств с интервалом в несколько секунд. Амперметр показал, что изменения тока происходили слишком быстро для визуальной регистрации, и мои менеджеры попросили сделать фотографию осциллограммы пиков тока. Я выкатил установленный на тележке DSO (цифровой запоминающий осциллограф) нашей компании, включил низкоомный резистор последовательно с положительной входной клеммой источника питания устройства и попытался измерить дифференциальное напряжение (канал A минус канал B) на токоизмерительном резисторе.

К сожалению, радиопомехи от местной FM-радиостанции подавляли слабые изменения сигнала на низкоомном токоизмерительном резисторе, а увеличение его сопротивления приводило к чрезмерному падению напряжения на шине питания устройства. Наконец, 12-вольтовое смещение, вносимое шиной питания, ограничивало способность осциллографа точно разрешать слабый дифференциальный сигнал, который я пытался измерять. Я отключил заземление осциллографа, чтобы дать ему «плавать» относительно токоизмерительного резистора, но высокочастотный шум, видимый на осциллограмме, значительно увеличился. Я было подумал об использовании более старого аналогового осциллографа (не запоминающего), но функция запоминания DSO позволила бы захватывать и распечатывать осциллограммы сигналов, необходимые для моего отчета.

В отчаянии я перерыл лабораторный стол в поисках старых компонентов и собрал схему, которая решила проблему. Случайно там оказался инструментальный усилитель IC₁, который отлично справляется с выделением слабых сигналов из высокочастотных фоновых шумов. Невысокая скорость отклика усилителя ослабляет радиочастотные помехи, но не влияет на усиление низкочастотных сигналов. Добавление RC-фильтров нижних частот на входы и выходы усилителя дополнительно ослабляет низкочастотный шум, создаваемый близлежащими импульсными источниками питания и цифровой логикой или микропроцессорами.

Обычно я стараюсь избегать использования шумных DC/DC преобразователей в качестве источников питания для аналоговых схем. Однако в данном случае DC/DC преобразователь IC₂ позволил реализовать целесообразное и технически обоснованное решение (Рисунок 1). Как правило, шум DC/DC преобразователей увеличивается по мере увеличения тока нагрузки, но в этой схеме единственной нагрузкой является инструментальный усилитель, потребляющий всего несколько миллиампер. Дополнительное подавление шума обеспечили несколько фильтрующих элементов.

Рисунок 1.	Характеристики осциллографа при работе в условиях высокого уровня радиопомех можно улучшить, добавив входной каскад на инструментальном усилителе. Для достижения наилучших результатов следует поместить схему в металлический корпус.

При нормальной работе потребляемый изделием ток колеблется в диапазоне примерно от 300 до 800 мА. Чтобы свести к минимуму потери напряжения питания, в качестве токоизмерительного резистора я использовал предохранитель 5×20 мм, 10 А, 250 В (F₁). Падение напряжения на предохранителе равно приблизительно 1 мВ на 100 мА тока, а работа предохранителя при токе, составляющем небольшую долю от его номинального значения, позволяет избежать появления нелинейностей измерений.

При сопротивлении резистора R₂, устанавливающего коэффициент усиления микросхемы AD620, равном 475 Ом, усиление составляет 105 В/В; при этом протекающему через шунт току 1 А соответствует выходное напряжение примерно 1 В. Конденсаторы C₁₂ и C₁₃ образуют низкоимпедансный путь для высокочастотных помех.

1. Analog Devices AD620