Полное падение напряжения на пассивных токовых шунтах, используемых для измерения величины тока, протекающего через относительно низкоомный резистор, часто составляет 60 мВ для мощного оборудования и 200 мВ для электронных измерительных приборов. Точно так же простые преобразователи тока в напряжение, в которых измеряемый ток протекает через измерительный резистор, нередко имеют еще более высокие падения напряжения. Однако в некоторых случаях падение напряжения между входной клеммой и землей должно быть минимальным; в идеальном случае – 0 В, независимо от измеряемого тока. Если приложению требуется эта функция, можно использовать преобразователь тока в напряжение, показанный на Рисунке 1. В этой схеме R1 служит классическим токочувствительным резистором, падение напряжения на котором воспринимается инструментальным усилителем, измеряющим ток. Инструментальный усилитель совместно с резистором R1 не только выполняют функцию инвертирующего преобразователя тока в напряжение, но и создают напряжение на резистивной цепочке в точке В. Это напряжение равно по величине падению напряжения ΔVR1 на резисторе R1 и имеет противоположную полярность. Конечным результатом является то, что значение напряжения на входе A теоретически остается равным 0 В, независимо от величины и полярности тока, протекающего на входе.
 | |
| Рисунок 1. | Этот инструментальный усилитель служит двум целям: он образует преобразователь ток-напряжение, с коэффициентом передачи –5R, и создает падение напряжения противоположной полярности в точке B, что позволяет поддерживать нулевой потенциал на входе A, независимо от входного тока. |
В проекте используется инструментальный усилитель AD8223 компании Analog Devices, поскольку коэффициент усиления по напряжению, по умолчанию равный пяти, с высокой точностью остается близким к идеальному. Типовая ошибка усиления при значении усиления по умолчанию составляет 0.03%, а наихудшая ошибка равна 0.1% для микросхем группы B. При усилении, равном пяти, и одинаковых сопротивлениях резисторов R1 и R2, можно рассчитать, что для того, чтобы падение напряжения на входе A равнялось 0 В, сопротивление R3 должно быть в два раза больше, чем R2 (Рисунок 2). Резисторы R1, R2 и R3 в схеме на Рисунке 1 должны быть прецизионными с низкими температурными коэффициентами сопротивления.
 | |
| Рисунок 2. | Для того, чтобы падение напряжения в точке A на Рисунке 1 составляло 0 В, сопротивление резистора R3 должно быть вдвое больше, чем R2. |
В экспериментальной схеме с сопротивлениями резисторов R1 и R2, равными 20 Ом, приведенное к входу смещение нуля тока составляет 0.8 мкА, а падение напряжения на входе А изменяется на 0.27 мВ при входном токе 1 мА. Аналогично изменяется отрицательное напряжение на входе A при отрицательном входном токе. Коэффициент передачи схемы равен:
Так, например, при входном токе 1 мА напряжение на выходе будет равно –100 мВ. Поскольку допустимая нагрузка по току микросхемы AD8223 для втекающего выходного тока примерно в 2.5 раза больше, чем для вытекающего, шкала для положительных входных токов может быть в 2.5 раза больше. Можно дополнительно расширить шкалы как для положительных, так и для отрицательных токов, увеличив напряжение питания с ±5 В до ± 12 В; можно также использовать напряжения +12 В и –5 В. Если требуется измерение еще более высоких входных токов, между выходом инструментального усилителя и резистором R3 можно включить прецизионный буфер напряжения с достаточно большим допустимым выходным током.