Расчет входного усилителя

Схема входного усилителя на основе инструментального ОУ приведена на рис. 15.

Рис. 15. Схема входного усилителя

Применим и рассчитаем дифференциальный измерительный усилитель на трёх ОУ.

Полезный сигнал на входе ВУ, зависящий от температуры, находится в пределах:

Ut_150 = Io∙Rt(150) = 1∙10-3∙158,226475 = 158,226475 мВ (6.4.1)

Ut_250 = Io∙Rt(250) = 1∙10-3∙195,586875 = 195,586875 мВ

Диапазон изменения полезного сигнала на входе ИП:

ΔU = Ut_250 - Ut_150 = (195,586875 - 158,226475)∙10-3 = 0.0374 В (6.4.2)

Зададимся размахом полезного сигнала на выходе ВУ, равным 1 В. Тогда необходимый коэффициент усиления ВУ составит:

Kву = 1/ ΔU = 2/ 0.0374 = 26.76631 (6.4.3)

Схема входного усилителя состоит из двух каскадов. Первый каскад (на DA1, DA2) усиливает дифференциальный входной сигнал c коэффициентом Kву1:

ву1=1+(R2+R3)/R1 (6.4.4)

Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резистора R1 и резисторов R2,R3 максимальным по модулю и противоположным по знаку.

Второй каскад (на DA3) усиливает дифференциальный сигнал с коэффициентом Kву2:

ву2=R5/R4=R7/R6 (6.4.5)

Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резисторов R4,R6 и резисторов R5,R7 максимальным по модулю и противоположным по знаку.

Принимаем для первого каскада схемы входного усилителя коэффициент усиления дифференциального сигнала, равный 2, а для второго каскада

коэффициент усиления, равный 13.3832:

Kву1 = 2

Kву2 = Kву/Kву1 = 26,76631/2 = 13.3832 (6.4.6)

Задаемся равными номиналами R2 и R3:

R2 = R3 = 10 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС:

+-10E-6 [1/ 0С] при t = (-60 +70) 0С.

Т.к. ТКС и процентный допуск резисторов R2 и R3 имеет такое же значение, как и у резисторов источника тока, устанавливаем и для них значение "S5-54V-" атрибута MODEL.

Рассчитываем R1:

R1 = 2∙R2 = 2∙10000 = 20 кОм (6.4.7)

Выбираем R1:

R1 = 20 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС: +-10E-6 [1/ 0С] при t = (-60 +70) 0С.

Устанавливаем для R1 значение "S5-54V+" атрибута MODEL.

Задаемся R4=R6:=R6= 1,18 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС: +-10E-6 [1/ 0С] при t = (-60 +70) 0С.

Устанавливаем для R4 и R6 значение "S5-54V+" атрибута MODEL.

Рассчитываем R5=R7:

R5 = R7 = R4∙Kву2 = 1180∙13,38315= 1,57921∙104 Ом (6.4.8)

Выбираем R5=R7:=R7 = 15,8 кОм

Тип: S5-54V,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС: +-10E-6 [1/ 0С] при t = (-60 +70) 0С.

Устанавливаем для R5 и R7 значение "S5-54V-" атрибута MODEL.

С учетом выбранных номиналов резисторов коэффициент усиления ВУ составит:

(6.4.9)

В качестве ОУ DA1 DA3 выбираем OP-07E. С точки зрения использования в схеме дифференциального измерительного усилителя он обладает достаточно высоким КОСС (110 дБ), малыми Uсм, ΔIвх и малым их температурным дрейфом.

С учетом выбранных номиналов полезный сигнал на выходе ВУ при 150 и при 250 0С будет равен:

Uву_min = Ut_150∙Kву_r = 0,15823 ∙ 26,77966= 4,2373 В (6.4.10)

Uву_max = Ut_250∙Kву_r = 0,19559 ∙ 26,77966= 5,2378 В (6.4.11)

Статья в тему

Спектральный анализ аналоговых сигналов и расчет откликов на выходе линейной цепи
Методы математического описания сигналов является базовым курсом в системе подготовки современного инженера в области радиотехники и радиоэлектроники. Его целью является изучение фундаментальных закономерностей связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, об ...