Главная Операционные усилители



fSB пост /pof<a


Питание

С, J, 0,15 шФ -

Рис. 22.9. Предусилитель сигналов датчика.

Перечень элементов схемы: точность всех резисторов 1.%; по возможности используйте малогабаритные резисторы; Cj -на рабочее напряжение 10 В или более; Vi - операционный усилитель типа СА314 фирмы RCA (можно использовать ИС типа 741 с малыми смещениями); t/ - стабилизатор типа LM309H иа 5 В в корпусе типа ТО-5; д1 - зенеровский диод типа HEPZ0409 или эквивалентный на 6,8 В; Л - узел сопряжения с датчиком, смонтированный иа шасси; /j - разъем типа Amphenol 126-197 (необходима также сопряженная часть типа 126-196); fi - миниатюрный плавкий предохранитель; небольшая часть перфорированной платы типа 3677-2DP фирмы Vector; корпус типа 2417 фирмы

Pomona.

5. Подайте сигнал на вход усилителя (если использовался-резистор 1000 Ом, отключите его) и проверьте усиление.

После этого универсальный усилительный блок готов к работе.

Предусилитель сигналов датчиков

При экспериментальных исследованиях в биологии, а также при решении некоторых задач в условиях производства часта используют тензодатчики с мостами Уитстона, которые вырабатывают электрические сигналы, зависящие от некоторых физических или биологических параметров. Природа датчиков такова, что они вырабатывают очень малые дифференциальные сигналы, даже при больших величинах входных воздействий.

Обычно на практике выход тензодатчика подключают к усилителю, подобному тем, которые мы обсуждали в гл. И. Однако такие усилители довольно дороги, и из-за этого многие стараются обойтись без промежуточного усилителя и подавать сигнал прямо на осциллограф или ленточный самописец. На рис. 22.9 показан недорогой усилитель сигналов датчика, который может пригодиться тем, кого недостаток средств заставляет искать обходные пути решения задачи.

Этот предусилитель не был предназначен для публикации. Я разработал его для одного физиолога, которому нужно была



наблюдать выходные сигналы величиной 50 мкВ от датчика смещения Грасса на старом осциллографе фирмы Tektronix.

Схема этого устройства не представляет особого интереса. Это операционный усилитель СА3140 фирмы RCA, включенный в схему простого дифференциального усилителя постоянного тока. Этот операционный усилитель выбран из-за малого напряжения смещения, что позволило избежать необходимости применения потенциометра регулировки коэффициента ослабления синфазной составляющей. Вполне возможно, однако, что вы найдете схему 741 с малым смещением, хотя при этом, может быть, придется перепробовать не один экземпляр, пока найдется хороший. Коэффициент усиления схемы примерно равен 67. Это почти предел того, что можно получить в данной схеме. При более высоком усилении возникнут проблемы, связанные со смещением. Если требуется дополнительное усиление, подключите этот усилитель к другому подобному усилителю со средней величиной коэффициента усиления, рассмотренному ранее в этой главе.

Если, питание датчика желательно осуществлять от отдельной батареи на 6 В, то для этого можно использовать разъем Уг. Однако в нашем случае используется трехвыводной стабилизатор LM309H на 100 мА, 5 В, который понижает напряжение питания Vcc {+) со значений 9 В -15 В до значений порядка 5 В, воспринимаемых датчиком.

Для защиты датчика используется зенеровский диод Дь Большинство промышленных тензодатчиков выдерживают напряжение в диапазоне от 5 до 8 В. Если в схеме LM309H возникнет короткое замыкание или по какой-либо причине нарушится контакт с землей, то напряжение, приложенное к датчику, возрастет до полного значения и вызовет серьезные повреждения. Зенеровское напряжение диода Д] выбирается таким образом, чтобы оно лежало в пределах между нормальным уровнем на выходе f/i и максимальным напряжением, которое


Рис. 22.10. Предусилитель сигналов датчика, смонтированный иа датчике. 24* 363



выдерживает датчик. В нашем случае используются диоды на 6,8 В. Когда напряжение поднимается выше напряжения пробоя, диод пробивается и закорачивает линию питания датчика. В результате предохранитель Fi перегорает. Это грубый метод защиты, он подобен методу защиты с использованием схемы на тиристоре.

Одной из особенностей этого предусилителя является то, что он сконструирован в корпусе типа 2417 фирмы Pomona, установленном прямо на датчике (рис. 22.10). Этот предусилитель был предназначен для использования с датчиком Грасса, поэтому в качестве /i был взят устанавливаемый на шасси разъем WK-21C-5/16 фирмы Cannon. Сопряженная часть разъема смонтирована на датчике. Схему усилителя удалось разместить на небольшой части перфорированной платы и смонтировать в вертикальном положении внутри корпуса.

Универсальный (почти универсальный) предусилитель

По-видимому, одним из самых распространенных устройстк в любой лаборатории является предусилитель с большим усилением, входные разъемы которого сконструированы таким образом, что устройство легко можно подключить к проводам или к электродам. Схема такого предусилителя показана на рис. 22.11.

Биопотенциалы, получаемые от живых организмов, обычно бывают очень маленькими, поэтому уровень сигналов, наблюдаемых исследователями, мал. Величины этих уровней лежат в пределах от 10 мкВ до 100 мВ.

Наш усилитель приспособлен для усиления сигналов, соответствующих нижней части этого диапазона, так как коэффициент усиления усилителя лежит в пределах от нуля до 9000 или более в зависимости от положения переключателя 52.

Однако для целей регистрации биопотенциалов деятельности, лежащих в районе 100 мВ, его усиление чрезмерно велико. В нижнем положении переключателя S2 напряжение на выходе равно 0,1-2600, или 260 В. Очевидно, что такое напряжение выходит за пределы динамического диапазона операционных усилителей, использованных в схеме. Если требуется регистрировать биопотенциалы деятельности или какие-нибудь другие подобные сигналы, то необходимо изменить значение некоторых резисторов во входных каскадах схемы. Коэффициент усиления усилителя определяется выражением

А -I II \ ?10 или или Ri Ru /001-14

Усиление предусилителя будет высоким, когда сопротивление i?i3 равно 10 кОм. При этом коэффициент усиления каскада



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 [119] 120 121 122 123 124 125 126


0.034