12. инструментальные усилители icon

12. инструментальные усилители



Назва12. инструментальные усилители
Дата конвертації30.12.2012
Розмір57.8 Kb.
ТипДокументи
джерело
1. /KONSPEKT/Копия Часть15.doc
2. /KONSPEKT/Полный конспект 2005.doc
3. /KONSPEKT/ЧАСТЬ12.DOC
4. /KONSPEKT/ЧАСТЬ1_2.DOC
5. /KONSPEKT/ЧАСТЬ3.DOC
6. /KONSPEKT/ЧАСТЬ4.DOC
7. /KONSPEKT/ЧАСТЬ5_6.DOC
8. /KONSPEKT/ЧАСТЬ7.DOC
9. /KONSPEKT/Часть13_14.DOC
10. /KONSPEKT/Часть8_11.DOC
Коммутаторы аналоговых сигналов
1. Введение Основные термины и определения
12. инструментальные усилители
1. Введение Основные термины и определения
3. Преобразователи напряжения в ток (пнт)
4. активные фильтры
5 Идеальный однополупериодный выпрямитель
7. Интегральный четырехквадрантный перемножитель напряжения
13. методы Измерения параметров жидкостей и газов
8. Цифро-аналоговые преобразователи Классификация цап

12.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ


Термин «инструментальные» относится к усилителям, которые обладают рядом ярко выраженных специфических свойств. К таким свойствам следует отнести:

  1. Способность работать со значительными уровнями синфазного напряжения.

  2. Наличие высоких и сверхвысоких значений входного сопротивления.

  3. Способность работать с датчиками, имеющими ярковыраженный емкостной характер выходного сопротивления.

  4. Автоматическая коррекция смещения нуля.

  5. Способность работы с удаленными датчиками за счет компенсации паразитных параметров линии передачи.

12.1.Работа инструментальных усилителей с большими значениями синфазных входных сигналов




Рис. 12.1.

ОУ DA1 и DA2 – обычные инвертирующие усилители.

По отношению к точке А и точке В схема на ОУ DA3 – алгебраический сумматор.

Запишем уравнения для данной схемы:

,

,

,

,

,

.

В линейном режиме работы инвертирующего усилителя UВХ=0. Диоды не влияют на характеристики работы инвертирующего усилителя.

.

На схеме вход U1 – инвертирующий, вход U2 – неинвертирующий.

Если R1>>R3 и R2>>R4, то KUОУ<1.

Усилитель работает в линейном режиме при следующих условиях:

  1. .

  2. .

  3. .

Нужно задаться амплитудой допустимого синфазного сигнала:

.

.

.

Если , то , если , то , тогда:

.

Если входной синфазный сигнал превысит допустимый расчетный уровень, то в данной схеме это не приведет к выходу из строя усилителей DA1, DA2, т.к. избыток токов входных резисторов R1, R2 замкнется через пару встречновключенных диодов VD1, VD2 (VD3, VD4) при любой полярности входного сигнала. Межвходное напряжение не превысит при этом напряжения на прямосмещенном диоде, что защищает входы ОУ.

12.2.Наличие высоких и сверхвысоких значений входных сопротивлений



Схема инструментального усилителя при наличии высоких и сверхвысоких значений входных сопротивлений представлена на рис. 2. Запишем уравнения для данной схемы:

.

ОУ DA1 и DA2 работают в линейном режиме.

,

.

Пусть R3=R4=R5=R6, тогда:

.

,

,


.




Рис. 12.2.

Таким образом, получили усилитель с дифференциальным входом (вход U1 с -, а вход U2 с +), его коэффициент передачи определяется одим резистором R*.

Прецизионные свойства рассмотренной схемы обусловлены тем, что при интегральном исполнении усилителей их напряжения приведенного ко входу дрейфа оказываются близкими.

Схема использует разностный принцип формирования входного сигнала, следовательно, результирующий дрейф, приведенный ко входу, уменьшится по сравнению с дрейфом собственно ОУ, по крайней мере, на порядок.

Для увеличения входного напряжения ОУ и уменьшения входной емкости применяется метод охранных колец, суть которого состоит в том, что потенциал охранных колец делают равным потенциалу жилы кабеля линии передачи, поэтому токи утечки замыкают на охранные кольца.

12.3.Усилители зарядов



Усилитель заряда формирует выходное напряжение, пропорциональное изменениям заряда, находящегося на приборе, который подключается ко входу усилителя.

Рассмотрим простейшую схему усилителя заряда:




ОУ DA1 работает в линейном режиме (ООС).

Запишем уравнения для данной схемы:

.

Ток IГ будет компенсироваться током IОС:

,

Рис. 12.3.

,

откуда:

.

Таким образом, коэффициент передачи определяется отношением емкостей.

Но такая схема на будет работать никогда, т.к. ток покоя дифференциального каскада не может течь. Необходимо доопределить путь протекания тока покоя дифференциального каскада:

Коэффициент передачи такой схемы:

,

Сопротивление R1 равно сопротивлению волнового кабеля, к которому подсоединен датчик.

Произведение определяет нижнюю граничную частоту усиления ОУ.


Рис. 12.4.

Для баланса ОУ, т.е. устранения ошибок от входных токов, R3=R2.

Цепь R4C2 не позволяет формировать постоянную составляющую входного сигнала.

12.4.Усилители с автоматической коррекцией нуля



Схема усилителя с автоматической коррекцией нуля приведена на рис. 5.




Рис. 12.5. Схема усилителя с автоматической коррекцией нуля.

Пусть номинал конденсатора С достаточно большой и ключи разомкнуты, тогда имеет обычный инвертирующий усилитель. Когда ключи замкнуты, то на обкладках конденсатора С ненулевое выходное напряжение UВЫХ.

Принцип компенсации смещения нуля сводится к тому, что ключевой схемой усилитель периодически переводится в режим включения с единичной ОС и закороченным входом. На входе усилителя при этом возникает напряжение смещения нуля, соответствующее данному режиму работы усилителя, которое запоминается на емкости. При размыкании ключей запоминаемое напряжение смещения автоматически подается на вход усилителя. Ключи К1 и К2 согласованны (коммутируют одновременно).

При таком способе коррекции в течение длительности включенного состояния ключей сигнал на выходе усилителя пропадает. Для устранения этого эффекта схема дополняется устройством выборки хранения.

Схема, дополненная устройством выборки хранения представлена на рис. 6.

В положении ключей, показанных на рис. 6,:

.

В противоположном положении ключей:

,

.

На выходе ОУ DA2 формируется смещение нуля, оно запоминается через замкнутый ключ К4 на емкости С1.

Схема снабжена двумя устройствами выборки хранения (УВХ):

  1. На емкости С1 - ОУ DA3 – ключ К4;

  2. На емкости С2 - ОУ DA4 – ключ К5.

Принцип работы УВХ заключается в том, что при замкнутом ключе напряжение на запоминающей емкости повторяет напряжение на выходе ОУ DA2. При разомкнутых ключах напряжение на емкости остается неизменным в течении длительного времени ( к емкости подключено большое входное сопротивление ОУ, ОУ с единичной ОС).

УВХ на ОУ DA4 сохраняет значение выходного напряжения на интервале коррекции напряжения смещения нуля. УВХ на ОУ DA3 сохраняет собственно напряжение смещения нуля. Ключи К5 и К3, а также К4 и К2 согласованны (коммутируют одновременно).

При данной структуре схема позволяет устранить ошибку от дисбаланса входных токов.

Существуют схемы коррекции напряжения смещения нуля без прерывания усиления входного сигнала, однако их сложность становится сравнимой со сложностью усилителей, построенных по структуре МДМ (модулятор-демодулятор).




Рис. 12.6.



Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©lib.znaimo.com.ua 2000-2014
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи