5.3. Инструментальный усилитель
В пунктах 5 и 6
задания исследуется инструментальный
усилитель – схема на трёх ДОУ,
предназначенная для получения больших
коэффициентов усиления при сопряжении
с высокоомными (с большим выходным
сопротивлением) датчиками (термопары,
тензометрические датчики). Схема состоит
из трёх ДОУ. Усилители 1 и 2 используются
в качестве неинвертирующих повторителей.
На входы этих усилителей подано
напряжение, снимаемое с диагонали
измерительного моста (потенциалы
1
и U2) (рис. 5.6).
Усилитель 3
включён по симметрированной схеме:
=
.
Максимальное значение коэффициента
усиления третьего усилителя k
=
может быть достигнуто при минимальном
значении резистора R3
и максимальном значении резистора
.
Минимальное значение резистора
составляет
1 кОм – величину, которая на порядок
больше, чем выходное сопротивление ДОУ.
Максимальное значение резистора
составляет 1 МОм.
В
ыведем
формулу, связывающую выходное напряжение
с входными напряжениями
и
.
Рис. 5.6.
Поскольку напряжения в суммирующих точках повторителей определяются
равенствами
;
,
то обозначив через X и Y
напряжения на выходах повторителей 1 и
2 и применив принцип суперпозиции для
определения напряжений
и
,
получим равенства
;
.
Умножая оба
равенства на знаменатель 2*
,
получим
(
)*X
=
*(2*
);
(
)*Y
=
*(2*
);
Вычитая верхнее равенство из нижнего, имеем
(
)*(Y-X)
= (
-
)*(2*
);
-(
)
*(X-Y) = (
-
)*(2*
);
*(
)*(Y-X)
= (
-
)*(2*
);
(Y-X)*
= (
-
)*(2*
);
(Y-X)
= (
-
)*(
);
(
-
)
*(
)*
.
Для рассматриваемого варианта задания 5
(2
-1)* (
)*
= 12,5.
В задании 6 рассматривается схема инструментального усилителя, в которой коэффициент усиления можно плавно изменять с помощью переменного сопротивления (рис. 5.7).
Пусть
= 50 кОм;
=
50 кОм (максимальное значение переменного
сопротивления, параметр Resistance
– первый числовой параметр в формуляре
переменного сопротивления
(рис.
5.8) );
=
=
50 кОм;
=
= 20 кОм. Второй числовой параметр (Setting
= 40%) указывает, какую часть от максимального
значения составляет стартовое значение
переменного сопротивления. В приведенном
примере установленное значение
составляет 50*0,4 = 20 кОм. Третий числовой
параметр (Increment = 5%) в
формуляре переменного сопротивления
показывает шаг уменьшения переменного
сопротивления в процентах от его
максимального значения (изменение
сопротивления
происходит
при нажатии клавиши R
(параметр Key)). Для
рассматриваемого варианта задания 6
(2
-1)* (
)*
= 15.
Рис.
5.7.
Рис.5.8.
5.4. Варианты заданий по лабораторной работе № 5
Варианты заданий по лабораторной работе № 5 представлены в табл. 21. Номер предлагаемого варианта соответствует номеру фамилии студента в списке группы.
Таблица 21
№ |
R2= R1= =R4= R3 (кОм); U2, U1 (В) в задании 1 |
Номер и величина изменённого резистора (кОм) в задании 2 |
U2 (В) в задании 3 |
R2, R1 (кОм); U2, U1 (В) в задании 4 |
R2, R1, R4, R3 (кОм); U2, U1 (В) в задании 5 |
R1 (кОм); старт и шаг (%) в задании 6 |
1 |
100; 14; 8 |
4; 150 |
17 |
40; 20; 4; 1 |
20; 8; 50; 20; 2; 1 |
10; 40; 25 |
2 |
200; 12; 7 |
3; 250 |
15 |
30; 10; 3; 2 |
18; 9; 40; 20; 4; 3 |
20; 50; 10 |
3 |
300; 10; 5 |
2; 400 |
10 |
30; 20; 8; 2 |
16; 8; 40; 25; 4; 2 |
10; 50; 20 |
4 |
250; 12; 3 |
3; 400 |
11 |
50; 20; 9; 2 |
18; 9; 40; 20; 2;1 |
10; 50; 10 |
5 |
200; 11; 5 |
1; 100 |
12 |
40; 20; 9; 3 |
16; 8; 50; 25; 2; 1 |
20; 50; 20 |
6 |
100; 19; 6 |
4; 300 |
14 |
30; 20; 8; 2 |
14; 7; 40; 15; 4; 3 |
10; 50; 20 |
7 |
150; 9; 15 |
2; 200 |
12 |
50; 25; 9; 4 |
12; 6; 50; 25; 3; 2 |
25; 20; 5 |
8 |
150; 12; 7 |
3; 100 |
9 |
30; 15; 7; 3 |
10; 5; 30; 15; 2; 1 |
5; 80; 10 |
9 |
300; 10; 5 |
2; 400 |
8 |
40; 30; 6; 4 |
10; 4; 40; 20; 2; 1 |
10; 50; 20 |
10 |
200; 9; 4 |
3; 300 |
7 |
50; 20; 7; 2 |
8; 4; 40; 15; 2;1 |
30; 40; 5 |
11 |
100; 10; 5 |
1; 200 |
14 |
60; 40; 6; 4 |
10; 5; 80; 40; 3; 2 |
10; 50; 10 |
12 |
150; 12; 5 |
2; 100 |
11 |
70; 40; 9; 5 |
16; 8; 40; 25; 2; 1 |
20; 50; 5 |
13 |
80; 12; 5 |
4; 100 |
12 |
80; 40; 9; 5 |
18; 9; 30; 25; 4; 3 |
10; 50; 10 |
14 |
300; 12; 5 |
3; 150 |
8 |
90; 45; 8; 3 |
14; 7; 60; 30; 5; 4 |
30; 50; 5 |
15 |
200; 11; 3 |
1; 100 |
7 |
90; 40; 7; 4 |
12; 6; 40; 30; 2; 1 |
8; 50; 10 |
16 |
300; 15; 7 |
4; 200 |
6 |
50; 30; 7; 3 |
10; 5; 50; 25; 3; 2 |
25; 80; 5 |
17 |
100; 12; 5 |
1; 200 |
9 |
60; 40; 6; 2 |
14; 7; 40; 30; 5; 4 |
10; 50; 10 |
18 |
150; 12; 5 |
2; 100 |
11 |
70; 40; 9; 5 |
16; 8; 40; 25; 2;1 |
20; 50; 5 |
19 |
400; 15; 8 |
3; 200 |
15 |
50; 40; 8; 6 |
40; 20; 4; 2; 2; 1 |
10; 50; 20 |
20 |
100; 16; 5 |
4; 300 |
12 |
80; 40; 7; 4 |
18; 9; 50; 25; 4; 3 |
20; 50; 10 |
21 |
150; 11; 6 |
2; 100 |
10 |
50; 40; 6; 3 |
20; 8; 40; 25; 2; 1 |
8; 50; 5 |
22 |
100; 14; 8 |
4; 150 |
17 |
40; 20; 4; 1 |
20; 8; 50; 20; 2; 1 |
50; 40; 10 |
23 |
200; 12; 7 |
3; 250 |
15 |
30; 10; 3; 2 |
18; 9; 40; 20; 4; 3 |
80; 50; 5 |
24 |
300; 10; 5 |
2; 400 |
10 |
30; 20; 8; 2 |
16; 8; 40; 25; 4; 2 |
60; 50; 10 |
25 |
250; 12; 3 |
3; 400 |
11 |
50; 20; 9; 2 |
18; 9; 40; 20; 2;1 |
50; 50; 5 |