Всем привет.
Нигде почемуто не могу найти вразумительного ответа, но чувствую, что он есть.
Есть два типа источников тока (если верить Хоровицу и Хиллу) : с заземленной нагрузкой и изолированной от земли.

Какой метод из них лучше с точки зрения помехозащищенности и утечек ?;
существуют ли критерии для применения того или иного ?

Спасибо за ответ

aiva, вопрос о "помехозащищенности и утечках" слишком общий - какой реальный случай имеется ввиду?
В указанной книге много упоминаний об источниках тока - о каком именно речь?
(Точное издание и страница, еще лучше раздел и тема).
Критерии, как мне кажется, это в первую очередь сама нагрузка (т.е. что она собой представляет), доступный тип ИП (многоканальный с гальванической развязкой и другими удобствами или простой экономичный на одно напр.) и требования к стабильности самого тока (очень высокие, например для измерений, или средние, как например для многих световых приборов или зарядки аккумуляторов).

Какую задачу решаем?
Исходя из этого и надо думать.

Попробую пояснить. (Рисунки во вложении)

Делаю источник тока 1, 10, 100 мкА для питания датчика температуры на длинной линии.
Видятся два варианта:
1)включить нагрузку в цепь обратной связи ОУ, а на инвертирующий вход подать эталонное напряжение через эталонный резистор.
Тогда нагрузку необходимо изолировать от земли (иначе работать не будет).

2)на неинвертирующий вход подать эталонное напряжение, выход ОУ подключить к затвору полевика, который будет регулировать ток через эталонный резистор. Инвертирующий вход снимает напряжение с резистора, подключенного к истоку. А на сток через нагрузку подается питание.
В этом случае нагрузку можно заземлить сменив полярность питания.

Возникает вопрос: какая схема лучше?

Если есть какие-то обоснованные соображения - сообщите пожалуйста.
(у меня только интуиция, которая говорит, что Наверняка в первом случае проще бороться с утечками, а во втором с помехами и наводками)


Заранее благодарен.

Цитата:

В этом случае нагрузку можно заземлить сменив полярность питания.

А как же в этом случае эталонное напряжение?
При "инверсии питания" придется подавать его относительно отрицательного источника питания!
Трагедии в этом конечно же нет, но если уж быть точным, то присоединяя во втором случае нагрузку к земле, мы отсоединяем от нее входные напряжения ОУ и попадаем в зависимость от нестабильности (во всех формах) питающего напряжения и способности ОУ этому противостоять.
Какими бы хорошими не были современные источники питания и ОУ, все же они не идеальны.
Как я понимаю, выходные напряжения будут еще куда-то поступать (иначе какой смысл во всей схеме?), и тут всплывает другое свойство второй схемы - ее выходное сопротивление равно сопротивлению датчика, т.е. для сохранения точности последующая ступень должна иметь максимально большое входное сопротивление (почти идеальное).
Вообще если минимальный ток в цепи нагрузки равен 1мкА, то придется специально подбирать ОУ, подходящие для работы в этих схемах.
В то же время первую схему в некотором смысле также можно считать заземленной, хотя качество этого также зависит от своиств ОУ.
Имею ввиду известное свойство инвертирующего усилителя поддерживать нулевой потенциал на входе.
В этой схеме к тому же выходное сопротивление может быть очень малым и ограничено только способностью ОУ выдавать необходимый выходной ток.
И так, если подвести некоторые итоги, то в принципе можно подтвердить предположения автора темы о том, что первый вариант более устойчив к утечкам во внешнюю среду (на одном конце датчика нулевое напряжение, на другом - низкое выходное сопротивление ОУ) в то время как во втором они могут иметь большее влияние (из за большого сопротивления на незаземленном конце датчика), зато второй вариант будет более устойчив к помехам и наводкам, если зашунтировать датчик конденсатором, сопротивление которого для переменного тока невелико, что не отразится на измерении медленно меняющейся температуры.
Хотя аналогично можно сделать и в первой схеме - зашунтировать вход (или датчик, хотя в этом случае возможно прохождение помех и наводок из за неидеальности ОУ).
По обеим схемам выходным параметром будет напряжение, пропорциональное сопротивлению датчика.
На первый взгляд это логично, но может оказаться не самым удобным вариантом (к сожалению, не знаю точно задачу), ведь сопротивление датчика, а значит и выходное (а данном случае отрицательное) напряжение схем будет уменьшаться (по модулю) при увеличении температуры, следовательно, для измерения температуры традиционными вольтметрами потребуется дополнительное преобразование.
В то же время если поменять местами образцовый и нагрузочный резисторы на первой схеме и зашунтировать конденсаторами цепь от общего провода через источник эталонного напряжения и датчик на вход ОУ, то сохранив устойчивость схемы к утечкам (по тем же, что и раньше причинам) можно будет защитить ее и от наводок (входы заземлены по переменному току), а выходное напряжение при увеличении температуры будет также увеличиваться (по модулю, полярность в зависимости от включения эталонного источника - при отрицательном его напряжении выходное будет положительным, и при линейности характеристики датчика мерить температуру можно будет вольтметром, подключенным к выходу).
Вообще же можно сказать, что в случае измерения температуры, когда нет необходимости в исключительных динамических свойствах, от помех и наводок несложно избавиться фильтрацией по ВЧ (конденсаторами), в то же время утечки, особенно при таких малых токах, действительго могут значительно повлиять на точность измерения.

В основном согласен с предыдущим оратором.
Замечу только, что питание датчика на длинной линии кроме стабилизации тока, требует защиты этого источника тока от наводок линии.
А может, и повреждения такого простого источниика.
Точнее определитесь с длиной линии и ее сопротивлением.

//При "инверсии питания" придется подавать его относительно отрицательного источника
//питания! мы отсоединяем от нее входные напряжения ОУ и попадаем в зависимость от
//нестабильности (во всех формах) питающего напряжения и способности ОУ этому
//противостоять.

1) Вы правы насчет неправильности тупого изменения полярности . (я тут подумал и высылаю схему, которую имел ввиду говоря о заземленной нагрузке).


//Как я понимаю, выходные напряжения будут еще куда-то поступать (иначе какой смысл
//во всей схеме?), и тут всплывает другое свойство второй схемы - ее выходное
//сопротивление равно сопротивлению датчика, т.е. для сохранения точности
//последующая ступень должна иметь максимально большое входное сопротивление
//(почти идеальное).

2) Конечно напряжение на датчике температуры измеряется вольтметром с высоким входным сопротивлением;


//Вообще если минимальный ток в цепи нагрузки //равен 1мкА, то придется специально
//подбирать ОУ, подходящие для работы в этих //схемах.


3) Естественно, что входной ток ОУ должен быть в наноамперах и меньше и в том, и в другом случае.


//В то же время первую схему в некотором смысле также можно считать заземленной,
//хотя качество этого также зависит от своиств ОУ. Имею ввиду известное свойство
//инвертирующего усилителя поддерживать нулевой потенциал на входе

4) Это не совсем так, так-как на неинвертирующий вход может подаваться не ноль.

//В этой схеме к тому же выходное сопротивление может быть очень малым и ограничено
//только способностью ОУ выдавать необходимый выходной ток.

5) насколько я понимаю, выходное сопротивление источника тока большое. Тут какое-то недоразумение.

//первый вариант более устойчив к утечкам во внешнюю среду (на одном конце датчика
//нулевое напряжение, на другом - низкое выходное сопротивление ОУ) в то время как во

…………………………………………� �………………………..
//По обеим схемам выходным параметром будет напряжение, пропорциональное
//сопротивлению датчика.

6) Я примерно так же понимаю ситуацию, но мне надо показать, что такой вариант дает такую погрешность, а такой – такую. Оценить
чтоб было обоснование
Наверное, это достаточно сложно, но поскольку надо, я и ищу подсказку в каком направлении т.з. копать .

//В то же время если поменять местами образцовый и нагрузочный резисторы …

7) Менять местами эталонный резистор и датчик нельзя, т.к. через него (датчик) ток должен протекать стабильный и постоянный.(он нелинеен и предназначен для измерения криогенных температур, а увеличение рабочего тока может привести к саморазогреву)

//Вообще же можно сказать, что в случае измерения температуры, когда нет
//необходимости в исключительных динамических свойствах, от помех и наводок
//несложно избавиться фильтрацией по ВЧ (конденсаторами), в то же время утечки,
//особенно при таких малых токах, действительно могут значительно повлиять на
//точность измерения.

8) Так какую схему Вы считаете оптимальной из двух ?

Цитата:

//В то же время первую схему в некотором смысле также можно считать заземленной,
//хотя качество этого также зависит от своиств ОУ. Имею ввиду известное свойство
//инвертирующего усилителя поддерживать нулевой потенциал на входе

4) Это не совсем так, так-как на неинвертирующий вход может подаваться не ноль.

Ну, извините, но на первой схеме неинвертирующий вход заземлен - именно из этого я и исходил.
Если воможны варианты, то надо было об этом и написать.

Цитата:

//В этой схеме к тому же выходное сопротивление может быть очень малым и ограничено
//только способностью ОУ выдавать необходимый выходной ток.

5) насколько я понимаю, выходное сопротивление источника тока большое. Тут какое-то недоразумение.

Источником тока (в первой схеме) ОУ является по отношению к резистору обратной связи, т.е. датчику.
Я же имел ввиду выходное сопротивление всей этой части схемы по отношению к другим, последующим устройствам, а в этом случае ОУ (его выход) является источником напряжения.
В этом несложно убедиться, собрав и проверив (или просто смоделировав, если угодно) первую схему, а потом нагрузив выход ОУ на землю через резистор.
Пока ток через этот резистор не превысит максимального для ОУ, напряжение на его выходе останется постоянным (при прочих равных условиях).

Цитата:

Так какую схему Вы считаете оптимальной из двух ?

Может быть я и субьективен, но мне все-таки больше нравится первая схема, если конечно неинвертирующий вход останется заземленным (а интересно, почему это может быть не так?)
Объяснение то же, что и прежде: попробуйте изобразить утечки, добавив по резистору на землю с обеих концов датчика, и проанализируйте их воздействие на обе схемы (вторая может быть в любом варианте, кстати, в усовершенствованной понадобится отдельный изолированный источник питания!)
Нетрудно заметить, что во второй схеме один из резисторов утечки подключен параллельно датчику, со всеми вытекающими последствиями.
В этом смысле "виртуальная земля" первой схемы лучше.
Сказать же что-то более определенное, как здесь уже указывалось, можно только при известных конкретных значениях параметров элементов схемы, включая и "паразитные".
Кстати, насчет типа ОУ - вероятно, потребуется не меньше, чем ICL7650 (извините, если указываю не самый современный пример, давно не работал с измерениями такого криогенного уровня) или все-таки надеетесь обойтись обычным OP-07?
Иначе говоря, какой допустимый уровень погрешности?

Цитата:

Сообщение от RVRSS

если конечно неинвертирующий вход останется заземленным (а интересно, почему это может быть не так?)

Имеются соображения, что по инвертирующему входу с помощью ЦАП можно калибровать и подстраивать. Конечно можно сделать дополнительный сумматор, но ведь он тоже добавит уже свои погрешности и шумы. Хотя вопрос дискуссионный, может и сделаем.

Цитата:

Сообщение от RVRSS

насчет типа ОУ - вероятно, потребуется не меньше, чем ICL7650

Для схемы №1 выбран AD706 потому, что он есть под рукой. Сейчас смотрю на ICL7650 и вижу, что он явно лучше по входным токам, и шире по полосе частот. (хуже по шуму напряжения но при таких цифрах, наверное это не принципиально.)
Хочу спросить о Вашей точке зрения: Как полоса частот ОУ сказывается на помехозащищенности? Правильно ли я понимаю, что если в нагрузке появятся наводки, то широкополосный усилитель их лучше сможет отрабатывать ?

Цитата:

Сообщение от RVRSS

Иначе говоря, какой допустимый уровень погрешности?

Ожидаемая точность номинального значения тока не хуже 0,05 %.

Анализируя схемы №1 и №2 по утечкам - вижу, что №1 лучше (после Ваших сообжений я уже в этом не сомневаюсь )
Осталось выяснить механизм влияния наводок на эти схемы, чтоб хоть как-то спрогнозировать что-ли. Этот датчик по 4-ох проводной линии будет цепляться на длинные пре-длинные провода, намотанные на "тепловой якорь", чтоб по ним не было теплопритока к объекту. Я как подумаю, что эта паразитная индуктивность и емкость в цепи обратной связи И все без четкого заземления.
Как он будет себя вести интересно ?

Правильно поставленная задача-50 % успеха! Я в вопрос не вникал, но ребята....Измерение температуры сейчас задача элементарная. Операционники, дрейф, обратные связи и кучи рассыпухи это 90-е годы. Сам собирал цифровой термометр на ПВ5 АЦП для мультиметров. Сейчас есть DS1621 (интерфейс I2C) или DS1820 (1-wire) или еще много чего. Минимум компонентов, максимум надежности и точности. Довешиваешь дешевый контроллер в 8-ми ногом корпусе и передаешь в дольнюю даль свою темп без геморроя. Если Вы хорошо подумаете, то поймете что собираете процессор из транзисторов и прочей дискреты. Сам иногда ремонтирую BOSCH MICRO 8, там процессор занимает 2 печатные платы. У Вас я думаю есть компы и все видели что сейчас такое проц. Надо шагать в ногу со временем и не применять ОУ там, где они не нужны. Если делать специфические устройства преобразования частота-напряжение, регуляторы с передаточной функцией, которую замучаешся считать-тогда ДА. А так- умри аналог, да здравствует цифра. По I2C и 1-wire есть собственноручно писанные проги для 51-совместимых, отдам бесплатно в хорошие руки. Надо если переделаю на AVR. RVRSS заразил меня вирусом подвижнической деятельности, так что подводя резюме: выкладывай целиком что за задача и что нибудь решим.