Измерение малых разностей напряжения полезного сигнала на фоне значительных помех измерительным усилителем. Построение и расчет схемы измерительного усилителя из типовых функциональных блоков. Построение и расчет схемы активного фильтра низких частот.
Измерительный усилитель (ИУ) обычно служит для измерения малых разностей напряжения полезного сигнала на фоне значительных помех. Характеристики измерительного усилителя, подходящие для использования в измерениях и тестирующем оборудовании, включают: очень малое смещение постоянного тока, малый дрейф, малый шум, очень высокий коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи, очень высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, и очень высокие входные сопротивления.Поэтому в качестве датчиков Дт, Др можно использовать схему балансного моста, в одном из плеч которого включен первичный резистивный измерительный преобразователь (термо-или тензорезистор). В качестве R3 используется сопротивление первичного резистивного измерительного преобразователя до рассогласования, задающего разбаланс моста. Первый каскад, состоящий из усилителей DA1 и DA2, усиливает дифференциальный сигнал в раз, и коэффициент передачи для синфазного напряжения равен единице. Такая схема имеет более высокий входной импеданс и обеспечивает больше усиление и лучший КОСС по сравнению со схемой на одном ОУ [1]. По известным значениям и диапазону изменения выходного сигнала ИУ определяем пределы изменения коэффициента усиления схемы ИУ от до : ; .Измерительный усилитель светового потока ИУF построен на ОУ по схеме преобразователя тока фотодиода в напряжение. Фотодиод, подключенный обратно к низковольтному источнику напряжения служит датчиком светового потока ДF и представляет для входной цепи ОУ источник тока, управляемый световым потоком. Определяем : , где - максимальное напряжение на выходе ИУF, равное 1 В по заданию, а - ток фотодиода при максимальной освещенности, по заданию МА. Выбираем =5,1 КОМ по ряду Е24, типа С2-33-0,25-5,1 КОМ±5%. Схема выполняет операцию алгебраического сложения при соблюдении условия баланса коэффициентов усиления на инвертирующем и неинвертирующем входах.Выбираем в качестве фильтра низких частот фильтр второго порядка по структуре Саллен-Ки. Частота среза такого фильтра [4]: Частота среза фильтра низких частот будет равна 40 Гц.В схеме ИУ используются два вторичных источника постоянного напряжения (выпрямителя): один - для питания измерительных мостов, а другой - для работы всех операционных усилителей схемы.В качестве трансформатора выбирается стандартный трансформатор типа ТПП67-220-50 с сердечником типа ШЛ16х25, мощность N = 26 В·А, ток первичной обмотки I=0,15А со техническими характеристиками, указанными в таблице 1 [6]: Таблица 1 В качестве стабилизатора напряжения используем микросхему К142ЕН6 с параметрами, приведенными в приложении 2. Для выпрямления напряжений, снимаемых со вторичных обмоток, используем диоды VD1, VD2 КД221. Значения емкостей С5 и С8 определяется типовой схемой включения и выбираются равными С5=С8=0,1 МКФ типа К10-17-50В-0,1 МКФ ±10%.Для обеспечения нестабилизированного униполярного напряжения Uпит2 = 10 В используем одну секцию трансформатора 15-16. В качестве стабилизатора напряжения используем микросхему КР142ЕН1 с параметрами, приведенными в приложении 2. Типовая схема включения микросхемы стабилизатора К142ЕН1 представлена на рисунке 7. Значения емкостей С4, С6, С7 и С9 определяется типовой схемой включения и выбираются равными С4=С6=С7=С9 =0,1 МКФ типа К10-17-50В-0,1 МКФ ±10%.В данной курсовой работе спроектирован измерительный усилитель: 1) преобразующий данные о технологических параметрах - температуре T, давлении P, световом потоке F - с помощью соответствующих датчиков ДТ, ДР, ДF в электрические сигналы напряжения UT, UP, UF; 2) усиливающий эти электрические сигналы соответствующими ИУТ, ИУР, ИУF с коэффициентами передачи KT, KP, KF;Микросхемы представляют собой операционые усилители средней точности, имеющие на выходе полевые транзисторы с p-n переходом и р-каналом, с внутренней частотной коррекцией и малыми входными токами. Корпус К140УД8 типа 301.8-2, масса не более 1,5 г., КР140УД8 типа 2101.8-1, масса не более 1 г. Назначение выводов К140УД8: 1 - корпус; 2,6 - балансировка; 3 - вход инвертирующий; 4 - вход неинвертирующий; 5 - напряжение питания-Uп; 7 - выход; 8 - напряжение питания Uп; 7 Коэффициент усиления напряжения К140УД8А, КР140УД8А К140УД8(Б,В), КР140УД8(Б,В) не менее 50000 не менее 20000 Питание К140УД8 можно осуществлять ассиметричными напряжениями или от одного источника напряжения при условии: 12 В | Uп1| |-Uп2| 36 В.Тип KCTU, %/В Нестабильность по напряжению ТК Uct, %/С Относительный температурный коэффициент напряжения Uвх(min), В Мин. входное напряжение Uвх(max),В Макс.
План
Содержание
Аннотация
Задание для выполнения курсовой работы
Введение
1. Построение и расчет схем измерительных усилителей ИУТ, ИУР
2. Построение и расчет схемы измерительного усилителя ИУF
3. Построение и расчет схемы усилителя-сумматора ИУ?
4. Построение и расчет схемы активного фильтра низких частот
5. Построение и расчет схемы источников питания
5.1 Построение и расчет схемы источника питания ОУ
5.2 Построение и расчет схемы источника питания измерительных мостов
Заключение
Приложение 1
Приложение 2
Список использованной литературы
Задание для выполнения курсовой работы
Вариант 6
Параметры измерительного моста Диапазон изменения вых. сигнала ИУ, В Макс. ток фотодиода при макс. освещенности IF, МА
Епит., В R1=Rx0, Ом R2=R3, КОМ Макс. разбаланс , %
6 68 4.7 3 0.5-1 0.2
Значение К для алгебраического сложения Тип активного фильтра Тип схемы выпрямления источника питания
KT KP KF
0.5 -0.5 0.5 ПФ НУЛЕВАЯ
Введение
Измерительный усилитель (ИУ) обычно служит для измерения малых разностей напряжения полезного сигнала на фоне значительных помех. Характеристики измерительного усилителя, подходящие для использования в измерениях и тестирующем оборудовании, включают: очень малое смещение постоянного тока, малый дрейф, малый шум, очень высокий коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи, очень высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, и очень высокие входные сопротивления. Такие усилители применяются, когда требуются большая точность и высокая стабильность схемы, как кратковременно, так и долговременно.
Цель курсовой работы - построение и расчет схемы ИУ из типовых функциональных блоков, выборе из справочной литературы компонентов схемы, расчете и проверке основных параметров ИУ и, благодаря этому, закрепление материала по дисциплине «Электрические измерения».
Для построения схемы измерительного усилителя выбираем ОУ общего применения с «полевым выходом», который имеет малые входные токи - К140УД8. Технические параметры представлены в Приложении 1.
Вывод
В данной курсовой работе спроектирован измерительный усилитель: 1) преобразующий данные о технологических параметрах - температуре T, давлении P, световом потоке F - с помощью соответствующих датчиков ДТ, ДР, ДF в электрические сигналы напряжения UT, UP, UF;
2) усиливающий эти электрические сигналы соответствующими ИУТ, ИУР, ИУF с коэффициентами передачи KT, KP, KF;
3) затем алгебраически суммирующий в измерительном усилителе-сумматоре ИУ?;
4) Результирующий выходной сигнал ИУ? фильтруется в диапазоне его частоты до 40 Гц с помощью активного фильтра;
Также для питания измерительных мостов и ОУ необходимо выбрана и рассчитана схема источников питания.
Были выбраны и рассчитаны основные функциональные узлы измерительного усилителя. Благодаря этому закрепили навыки проектирования схем, построенных на ОУ, научились выбирать элементы схем.
Список литературы
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника / Справочное руководство. М.: Мир, 1982.
2. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем / Справочник. М.: Радио и связь, 1985.
3. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем / Справочник. М.: Радио и связь, 1985.
4. Достал И. Операционные усилители / Справочник. М.: Мир, 1982.
