Завдання 1. Розрахувати вимірювальний підсилювач на основі операційного підсилювача (ОП) для підсилення сиґналу різниці з діагоналі мосту

Розрахувати вимірювальний підсилювач на основі операційного підсилювача (ОП) для підсилення сиґналу різниці з діагоналі мосту, в одне з плечей якого ввімкнений терморезистор (рис. 1). При зміні температури на кожні 10⁰С виникає розбалансування моста ΔRx. Номінальні значення резисторів моста R_x=R₁; R₂ = R₃ та напруга живлення моста Еп вказано у таблиці 1. Необхідне значення коефіцієнта підсилення повинно реґулюватися у межах ΔКu. Вхідний опір R_вх ≥50 кОм. Оцінити величину синфазної завади на виході підсилювача, ураховуючи розкид номінальних опорів резисторів схеми. Відносна похибка вимірювання для всіх варіантів не повинна перевищувати 2 %.

Рисунок 1 – Вимірювальний підсилювач на основі ОП для підсилення сиґналу різниці з діагоналі мосту

Методика виконання завдання

1.1Вибираємо тип ОП. Для зменшення похибки, що викликана вхідним струмом різниці, бажано використовувати типи ОП, вхідні каскади яких побудовано на польових транзисторах.

Таблиця 1

1.2 Розрахуємо величини диференційного та синфазного сигналів на вході підсилювача:

, (1.1)

,

де – розбаланс мосту при нагріванні на ΔТ .

Терморезистори серії ММТ-1 и ММТ-4 мають діапазон номінальних значень у межах 1 – 200 кОм, ММТ-8: 0,001 – 1 кОм, ММТ-9: 0,01 – 5 кОм.

1.3Вибираємо номінали резисторів схеми, виходячи з того, що каскад DАЗ являє собою підсилювач різніцевих сигналів, які прикладено до входів ОП. Його вихідна напруга визначається наступним співвідношенням:

. (1.2)

Якщо R₄=R₆; R₅=R₇; та R₇/R₆ = R₅/R₄ = m, то

. (1.3)

Відповідно до цього для достатнього підсилення різницевого сигналу та придушення синфазних завад необхідний точний підбір резисторів R₄, R₅, R₆, R₇. Тому рекомендують вибирати прецизійні резистори з допустимим відхиленням величини опору від номінального Δm = ± 0.5 и ± 0.1%, при тому, що R₅ та R₇ вибирають порядку 100 кОм, а m = (3 ÷ 5).

Опір змінного резистора аR визначається потребуємою глибиною реґулювання коефіцієнта підсилення К_uрізн:

(1.4)

Прийнявши значення R = R₄ = R₆, визначимо величину опору змінного резистора з умови, що аR ≥ а_minR. При цьому слід пам’ятати, що а_min ≥ а_max.

1.4Визначимо коефіцієнт послаблення синфазного сигналу підсилювача при К_uрізнmax:

, (1.5)

де - відхилення у відсотках від номінальних значень опорів резисторів R₄, R₅, R₆, R₇.

Порівняємо отриманий результат з указаним значенням К_{пос_сф_оп} на даний тип ОП, що зумовлено неідентичністю параметрів плечей операційного підсилювача. З двох значень К_{пос_сф} вибираємо менше та обчислюємо величину синфазної похибки на виході підсилювача:

, (1.6)

де К_uд = К_{uрізн max.}.

1.5Визначимо відносну похибку вимірювання при максимальному корисному сигналі:

(1.7)

Перевіримо, щоб її розрахована величина не перевищувала встановленого умовами значення 2 %. За необхідності виконуємо кориґування параметрів схеми.