Главная Операционные усилители





Аттенюатор

Осциллограф, канал 2


Рис. 16.4. Гипотетический прибор.

цевом разъеме платы. Для более сильных токов используются два параллельных вывода.

Функция аналогового прибора напоминает иногда функцию аналоговой вычислительной машины. В самом деле, типичный аналоговый измерительный прибор (в противоположность простым предусилителям и т. д.) является по существу одноцеле-вым специальным аналоговым компьютером. Конструктору стоит иметь это в виду, так как иногда это может облегчить работу.

Конкретное множество каскадов между входом и дисплеем зависит от природы тех работ, которые устройство должно выполнять. Ознакомившись со своей задачей, вы должны решить, выполнение каких функций будет необходимо. Пример. Спроектируйте прибор (только блок-схему, пожалуйста), который будет измерять импульсные потенциалы (рис. 16.3) величиной до 90 мВ и отображать на ленточном самописце или на осциллографе потенциал и сигнал, представляющий его первую производную. Кроме того, площадь под кривой потенциала должна отображаться на цифровом вольтметре. Вы должны предусмотреть способ устранения влияния на выходной сигнал помех на частотах более 200 Гц.

Импульс будет получаться на омических электродах и должен быть усилен в 10 раз. В связи с этим мы хотели бы включить в состав прибора предусилитель с коэффициентом усиле-



Итдратор

Интегратор

Устройство извлечения квадратного нория

Рис. 16.5. Измеритель среднеквадратического значения.

ния 10. При этом пиковое напряжение сигнала будет увеличено с 90 до 900 мВ. Такой уровень сигнала намного более удобен, так как он достаточно высок по сравнению с уровнем, при котором заметны искажения, связанные с дрейфом и шумами, и все же он на порядок ниже уровней ограничения обычных операционных усилителей и линейных ИС.

Схема прибора показана на рис. 16.4. Функции по уменьшению влияния помех могут быть выполнены активным фильтром нижних частот с полосой 200 Гц. Усиление фильтра предпочтительнее выбирать равным единице. При этом сигнал на выходе фильтра будет в пределах диапазона, который мы только что определили как желаемый.

Отфильтрованный импульсный сигнал проходит через буферный усилитель с коэффициентом усиления, равным единице, в канал / - канал самописца, или осциллографа. Одновременно он подается на дифференцирующее устройство, состоящее из стандартных схем операционного усилителя, и на интегратор на операционном усилителе.

Пример. Создайте схему, которая будет принимать сигналы звуковых частот с амплитудами в диапазоне от О до 5 В и вычислять их среднеквадратическое значение. Не используйте термические методы.

Во-первых, вернемся к основным определениям и посмотрим, что подразумевается под «среднеквадратическим значением» сигнала переменного тока. Определение среднеквадратического значения таково:

(16.1)

Первый шаг (рис. 16.5) состоит в возведении входного напряжения в квадрат и затем интегрировании его на интервале времени от О до t. Этот интервал должен быть равен по меньшей мере одному периоду входного колебания. Он определяет низкочастотный предел схемы. Выходной сигнал интегратора проходит через устройство извлечения квадратного корня. Во всех каскадах необходимо учитывать диапазон обрабаты-



ваемых входных сигналов. Поскольку амплитуды могут достигать 5 В, схема должна обрабатывать сигналы в интервале от

0 до 25 В! Это может потребовать использования логарифмической компрессии или какого-либо подобного метода.

Устройством возведения в квадрат может быть аналоговый умножитель, в котором входы X я Y соединены друг с другом, а устройством извлечения квадратного корня может быть подобная же схема, включенная в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя.

Более дорогостоящий, но обычно легче реализуемый метод состоит в использовании многофункционального модуля (например, схемы 4301/02 фирмы Burr-Brown), передаточная функция которого имеет вид

£,bxx = X(r/Z)-. (16.2

Установив в X удобную масштабную константу и сделав Z равным единице, мы можем использовать выход У для вх- Для устройства извлечения квадратного корня установим т = 0,5, а\ для устройства возведения в квадрат т = 2. Пример. Сконструируйте линеаризирующую схему для системы измерения давления в диапазоне от О до 2 тор.

Обсуждение. Большинство датчиков, независимо от измеряемого параметра, сохраняют заданную в паспорте линейность только в пределах определенного диапазона. При измерении давления оказывается, что лишь немногие из датчиков линейны в диапазоне от О до 2 тор. Фактически большинство из них имеют кривые зависимости выходного сигнала от давления, близкие скорее к параболическим, чем к линейным.

На рис. 16.6 показаны и идеальная, и реальная ситуации. В идеале выход нашего усилителя давления должен быть равен точно 1,00 В при давлении 1 тор и 2,00 В при давлении

1 тор. Всем значениям между О тор и верхним пределом 2 тор соответствуют пропорциональные значения выходного напряжения. Такой тип функции имеет вид Y=mX, где т -масштабный множитель.

Однако это соотношение верно только в тех областях, где датчик линеен, а он не линеен в диапазоне до 2 тор. Фактически область нелинейности вероятнее всего превышает область, выбранную для нашего примера. Более того, большинству датчиков нельзя доверять в диапазоне до 10 тор.


Давление (тор или /им рт cm) Двоичный код {см. пепст и рис 1G 7

Рис. 16 6. Типовые реальная и

идеальная кривые датчика. Эти две кривые могут соединяться или становиться параллельными при Р> >Ш тор или около этого значения.



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


0.0097