- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Глава 2 Аналитический обзор существующих измерительных усилителей 41
- •Глава 3. Разработка измерительного усилителя 47
- •Глава4. Экспериментальное исследование магнитного датчика 62
- •Введение Актуальность работы
- •Цели диссертационной работы
- •Используемые методы и технологии
- •Научная новизна
- •Практическая значимость
- •1.2 Основные характеристики усилителя
- •1.2.1 Операционный усилитель
- •1.2.2 Применение микросхем операционных усилителей
- •1.2.3 Входное сопротивление схемы неинвертирующего усилителя
- •1.2.4 Роли отрицательной обратной связи в стабилизации коэффициента усиления схемы усилителя
- •1.2.5 Дифференциальная схема включения операционного усилителя.
- •1.2.6 Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики операци-онных усилителей.
- •1.2.7 Фазо-частотная характеристика
- •1.2.8 Изменение лачх усилителя при включении отрицательной обратной связи
- •1.3 Проектирование принципиальной схемы измерительных усилителей
- •1.4 Измерения основных параметров иу
- •1.4.1 Анализ ослабления синфазного сигнала в инструментальных усилителях
- •Глава 2 Аналитический обзор существующих измерительных усилителей
- •2.1 Сравнение параметров иу
- •Продолжения таблицы 2.1
- •2.2 Выбор на основе анализа варианта иу
- •2.2.1 Описание
- •2.2.2 Конструкция и принцип работы иу ad8429
- •2.2.3 Основные характеристики иу
- •Глава 3. Разработка измерительного усилителя
- •3.1 Выбор и обоснование схемы и элементной базы
- •3.1.1 Требования к конструкции иу
- •3.1.2 Разработка входной части измерительных усилителей
- •3.1.3 Выбор и расчет активного фильтра 2-го порядок
- •3.2 Описания схемы электрической принципиальной
- •3.3 Расчеты основных характеристики
- •3.4 Разработка конструкций и топология
- •3.5 Исследование характеристики измерительного усилителя
- •3.5.1 Исследование измерительного усилителя
- •Глава4. Экспериментальное исследование магнитного датчика
- •4.1 Исследование зависимостьвыходного напряжения иу от величиный магнитного поля
- •4.1.1 Исследование характеристик датчика при питании постоянным током п при постоянном магнитном поле
- •4.1.2 Исследование характеристик датчика при питании постоянным током при переменном магнитном поле
- •4.1.3 Исследование характеристик датчика при питании переменным током при постоянном магнитном поле
- •4.1.4 Исследование характеристик датчика при питании переменным током при переменном магнитном поле
- •Заключение
- •Список литературы
- •Приложение а
- •Электрическая принципиальная схема иу
- •Приложение б
- •Перечень элементов иу
2.2.2 Конструкция и принцип работы иу ad8429
AD8429 основана на классической 3-операционного усилителя топологии. Эта топология состоит из двух стадий: предварительного усилителя для обеспечения дифференциальной амплификации с последующим дифференциальный усилитель, который удаляет синфазное напряжение и обеспечивает дополнительную усиление.
На рис.2.3 показана упрощенная схема AD8429.Первая ступень работает следующим образом. Держать ее двумя входами подобраны, Усилитель A1 должен держать коллектор Q1 при постоянном напряжении. Он делает это, заставляя RG - быть точным диода падение с-В. Аналогично, A2 сил RG+ константой диода падение с +В. Поэтому, реплику перепада напряжения входного сигнала ставится через настройки усиления резистор RG. Ток, протекающий через это сопротивление также должно течь через резисторы R1 и R2, создавая заработал дифференциального сигнала между A2 и A1выходы. Второй этап-это G = 1 дифференциальный усилитель, состоящий из усилителя A3 и R3 по R6 резисторы.
Этот этап удаляет синфазный сигнал усиливается дифференциальным сигналом.().
Передаточная функция AD8429 является
(2.1)
где:
(2.2)
Рисунок 2.2 - Упрощенный внутренный вид
2.2.3 Основные характеристики иу
Усилитель выполнен на трех ОУ и отличается высоким значением КОСС в достаточно широком диапазоне частот. Из характеристики видно(рисунок 2.3), что значение КОСС при Кус=100 постоянно в диапазоне частот от 0 до50Гц и составляет 130дб, затем постепенно снижается, тем не менее, находясь выше порога в 100 дб вплоть до частоты500Гц.
Частота,Гц
Рисунок 2.3 - Ззависимость величины КОСС(CMRR) от частоты
С увеличением усиления, возрастает и величина КОСС так как при этом не происходит усиления синфазного сигнала, который приложен к не инвертирующим входам усилителей A1 иA2 и не создает падения напряжения на резистореRG [14].
Спектральная плотность шумов ИУ показана на рисунке 2.4. На частоте 1Гц уровень шума не более 3 нВ/√Гц.Максимальный входной напряжение смещения составляет 50 мВ, а выходные 0,5 мВ.
Рисунок 2.4 - Зависимость плотность шумового напряжения от частоты
Примечание: Для исследования чувствительности датчиков магнитного поля в слабых магнитных полях можно в место ИУ AD8429использовать AD622. Преимущество этого варианта, по стоимостью ИУ AD8429 намного дороже чем ИУ AD622. По характеристикам, уровень шума ИУ AD622 немного больше чем ИУ AD8429. Остальные характеристики ИУ AD622 будут приведены на таблице 2.3.
Таблица 2.3 –Остальные характеристики ИУ AD622
Тип усили-теля |
Метод установка Кус. |
Uпит, В |
КОСС мин. усиле-ния (мин) |
КОСС макс. усиле-ния (мин) |
-3ДБ Полоса пропус-кания при
|
Ннапря-жения шума, нВ/√Гц |
Темпера-турный диапазон C |
AD622 |
Резистор |
±2.6В. ±15В |
75 |
110 |
1МГц |
12 |
от −40°C до +85°C |
Глава 3. Разработка измерительного усилителя
Особенность разработки конструкции ИУ:усилитель должен быть очень чувствительным, поэтому особое внимания уделено к коэффициент усиления и снижению наводок от внешных полей.
3.1 Выбор и обоснование схемы и элементной базы
Для исследования чувствительности датчиковИУ выполняется на малошумящем операционном усилителе (ОУ) с низким температурным дрейфом. На основе проведенного обзора выпускаемых ОУв качестве основы усилителявыбрана микросхема AD622. Преимущество этого варианта ИУ: уровень шума на частоте 1Гц не более 12нВ/,диапазон регулировки коэффициента усиления от 2 до 1000; широкий диапазон напряжений питания (от ±2.6 В до ±15 В), установка значения коэффициента усиления одним внешним резистором.