Контрольні питання

1 Поняття контролю

2 Поняття автоматичний і автоматизований

3 Типи приладів контролю розмірів

4 Схема командного пристрою активного контролю

5 Схема відліково-командного пристрою з індуктивним перетворювачем

6 Способи розміщення обмоток залежно від типу магнітопровода індуктивного перетворювача

Лабораторна робота №11

Тема: дослідження вимірювальних підсилювачів

Мета: Ознайомитись з роботою диференційних, вимірювальних і мостових підсилювачів

Технічне забезпечення ПЕОМ

Короткі теоретичні відомості

Найкращим підсилювачем для вимірювання, контролю і керування є вимірювальний підсилювач. Схема його містить декілька операційних підсилювачів і прецензійні резистори, що робить її виключно стабільною і придатною у випадках, коли важлива точність. На сьогодні існує велика кількість інтегральних мікросхем вимірювального підсилювача і модульних варіантів в одному корпусі. На жаль, вони порівняно дорогі (по 10-100 дол. за штуку). Однак там, де необхідна якість і точність, вимірювальний підсилювач виправдовує затрачені ресурси, оскільки його характеристики не можна порівнювати з характеристиками середнього операційного підсилювача – настільки вони кращі, ніж в останнього.

Рисунок 111 – Вимірювальний перетворювач

Найближчим родичем вимірювального підсилювача є недорогий диференційний підсилювач. Диференційний підсилювач дає можливість вимірювати, а також підсилювати слабкі сигнали, замасковані набагато сильнішими сигналами.

Чотири прецизійні резистори з допуском в 1 % і операційний підсилювач дають нам диференційний підсилювач (рис. 112.). Він має два вхідних зажими, позначених на схемі як вхід (-) і вхід (+) у відповідності до найменування найближчих до них виводів ОУ.

Рисунок 112 – Диференційний підсилювач

Якщо Е₁ замінити короткозамкнутою ланкою, тоді для джерела Е₂ схема буде виглядати як інвертуючий підсилювач з коефіцієнтом підсилення, рівним – m. А тому, при цьому на виході буде напруга – mE₂. Тепер уявимо собі, що замкнуте накоротко джерело Е₂; тоді Е₁ ділиться між резисторами R i mR, і на вході (+) ОУ одержується напруга E₁m/(1+m). Для цієї напруги схема являє собою неінвертуючий підсилювач з коефіцієнтом підсилення (1+m). Напруга на виході, викликана наявністю Е₁, рівна цій напрузі E₁m/(1+m), помноженій на коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача (1+m), тобто mE₁; тому Е₁ підсилюється схемою в m раз. Якщо на входах (+) і (-) присутні обидві напруги, Е₁ і Е₂ відповідно, напруга на виході підсилювача

U_вих = mE₁-mE₂ = m(E₁-E₂)

Це рівняння показує, що вихідна напруга диференційного підсилювача U_вих пропорційна різниці напруг, прикладених до входів (+) і (-). Коефіцієнт m називається диференційним коефіцієнтом підсилення; визначається він відношенням опорів резисторів у схемі.

На схемі рис.112

.

Знайти, чому рівна U_вих, якщо Е₁ = 10 мВ і а) Е₂ = 10 мВ,

б) Е₂ = 0 мВ і в) Е₂ = -20 мВ.

У відповідності з наведеною вище формулою, одержимо:

а) U_вих = 100 (10 мВ-10 мВ) = 0;

б) U_вих = 100 (10 мВ-0 мВ) = 1 В;

в) U_вих = 100 [10 мВ-(-20 мВ)] = 100*30 мВ = 3 В.

Як і очікувалось, при Е₁-Е₂ вихідна напруга рівна 0. Іншими словами, для синфазної вхідної напруги U_вих=0. Розглянемо більш детально поняття про синфазну напругу.

Рисунок 113 – Схема настроювання диференційного підсилювача

Синфазна напруга. Як було сказано, при Е₁=Е₂ на виході повинна бути напруга, рівна 0 В. Простіш за все ці вхідні напруги можна прирівняти, з'єднавши обидва входи підсилювача і подавши на них напругу від джерела, як показано на рисунку 113. Ця напруга називається синфазною вхідною напругою Е_синф. При такому з’єднанні U_вих буде рівне нулю, якщо рівні між собою відношення опора резисторів mR і R, які задають коефіцієнт підсилення інвертуючого підсилювача і резисторів mR i R кола поділювача напруги [на вході (+)]. На практиці рівність цих відношень добиваються встановленням послідовно з одним із резисторів потенціометра (наприклад, так як показано на рис11.3). Цей потенціометр підстроюють так, щоб U_вих стало достатньо малим. При цьому коефіцієнт підсилення синфазної напруги U_вих/Е_синф наближується до нуля. Саме ця властивість диференційного підсилювача дозволяє виділити слабий сигнал з сильної завади. Можна побудувати схему таким чином, що сильний небажаний сигнал (завада) буде синфазною вхідною напругою, а слабий корисний сигнал – диференціальним. Тоді на виході диференційного підсилювача ми отримаємо підсилену копію тільки диференційної вхідної напруги.

Як здійснюється вимірювання сигналів від віддаленого джерела з використанням диференційного підсилювача показано на рисунку 114

Рисунок 114 – Повна схема вимірювання сигналу з

віддаленого джерела з використанням диференційного підсилювача

Хід роботи

Зібрати схему диференційного підсилювача Побудувати передатню характеристику і визначити динамічний діапазон підсилювача та його поріг чутливості Визначити коефіцієнти ослаблення синфазних і загальних завад

Рисунок 11.5 – Схема пропонована до дослідження

Контрольні питання

1 Основне призначення диференціальних підсилювачів

2 Вхідний і вихідний опір ідеального диференціального підсилювача

3 Схема вимірювального підсилювача

4 Коефіцієнти ослаблення завад диференціальних підсилювачів

5 Основні принципи ослаблення завад

6 Методи заземлення аналогових і цифрових схем