
- •РАЗДЕЛ 1: Введение
- •РАЗДЕЛ 2: Мостовые схемы
- •Конфигурации мостов
- •Усиление и линеаризация выходных сигналов мостов
- •Управление мостами
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 3: Усилители для нормирования сигналов
- •Характеристики прецизионных операционных усилителей
- •Входное напряжение смещения
- •Модели для входного напряжения смещения и входного тока
- •Нелинейность разомкнутого коэффициента передачи по постоянному току
- •Шум операционного усилителя
- •Ослабление синфазного сигнала и влияния источника питания
- •Анализ бюджета ошибок усилителя на постоянном токе
- •Операционные усилители с однополярным питанием
- •Входные каскады однополярных операционных усилителей
- •Технология производства ОУ
- •Инструментальные усилители
- •Схемы инструментальных усилителей
- •Источники ошибок инструментального усилителя по постоянному току
- •Источники шумов инструментального усилителя
- •Анализ бюджета ошибок ИУ с мостовым датчиком
- •Таблицы разрешения различных измерительных усилителей
- •Защита входов ИУ от выбросов напряжения
- •Усилители, стабилизированные прерыванием
- •Изолированные усилители
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 4: Измерение деформации, силы, давления и потока
- •Тензометрические датчики
- •Цепи нормирования сигналов с измерительных мостов
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 5: Датчики с высоким импедансом
- •Предусилитель для фотодиода
- •Рассмотрение напряжения смещения предусилителя и его дрейфа
- •Термоэлектрические потенциалы как источник входного напряжения смещения
- •Разработка предусилителя по переменному току, его полоса и стабильность
- •Анализ шумов предусилителя фотодиода
- •Шум входного напряжения
- •Тепловой (Джонсоновский) шум входного резистора R1
- •Шум входного тока прямого (неинверсного) входа
- •Тепловой (Джонсоновский) шум резистора в цепи прямого (неинверсного) входа
- •Резюме по шумовой работе схемы с фотодиодом
- •Уменьшение шума при использовании выходного фильтра
- •Резюме по работе схемы
- •Компромиссные решения
- •Компенсация в высокоскоростном фотодиодном I/V конверторе
- •Выбор ОУ для широкополосного фотодиодного ПТН
- •Конструирование высокоскоростного предусилителя фотодиода
- •Анализ шума быстрого предусилителя фотодиода
- •Высокоимпедансные датчики с зарядом на выходе
- •Схема низкошумящего зарядового усилителя
- •Шумопеленгаторы
- •Буферный усилитель для рН пробника
- •CCD/CIS обработка изображений
- •Литература
- •Линейные дифференциальные трансформаторы
- •Оптические кодировщики
- •Сельсины и синус-косинусные вращающиеся трансформаторы
- •Индуктосины
- •Векторное управление индукционным двигателем переменного тока
- •Акселерометры
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 7: Датчики температуры
- •Работа термопар и компенсация холодного спая
- •Термисторы
- •Температурный мониторинг микропроцессоров
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 8: АЦП для нормирования сигнала
- •АЦП последовательного приближения
- •АЦП последовательного приближения с мультиплексируемыми входами
- •Законченные системы сбора данных на одном кристалле
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 9: Интеллектуальные датчики
- •Токовая петля контроля 4-20 мА
- •Подключение датчиков к сетям
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры
- •Ошибки в системах высокой точности, связанные с резисторами и паразитными термопарами
- •Выполнение заземления в системах со смешанными сигналами
- •Шины земли и питания
- •Двухсторонние и многослойные печатные платы
- •Многоплатные системы со смешанными сигналами
- •Разделение аналоговой и цифровой земли
- •Выполнение заземления и развязки в ИС со смешанными сигналами
- •Тщательное рассмотрение цифровых выходов АЦП
- •Рассмотрение тактового генератора выборок
- •Эксперименты с коммутационным стабилизатором
- •Локальная высокочастотная фильтрация напряжения источника питания
- •Фильтрация силовых (сетевых) линий переменного тока
- •Предотвращение выпрямления радиочастотных помех
- •Работа с высокоскоростной логикой
- •Обзор концепций экранирования
- •Общие точки на кабелях и экранах
- •Методы изоляции цифровых сигналов
- •Защита от перегрузки по напряжению
- •Защита от перегрузки по напряжению с использованием канальных устройств защиты КМОП-типа
- •Электростатический разряд
- •Электростатические модели и тестирование
- •Литература

РАЗДЕЛ 3: Усилители для нормирования сигналов
Анализ бюджета ошибок усилителя на постоянном токе
На Рис.3.17 показан анализ бюджета ошибок операционного усилителя ОР177 при комнатной температуре. Усилитель с коэффициентом усиления 100 находится в инверсном включении. Предполагается входной сигнал, равный 100 мВ, и соответствующий ему выходной – 10 В. Источники ошибок нормализованы к верхнему пределу и выражены в миллионных долях (parts per million - ppm).
Заметим, что ошибки от VOS и IOS и ошибка усиления от конечной величины AVOL могут быть учтены с помощью системной калибровки. Однако ошибку из-за нелинейности РКП учесть калибровкой нельзя, и она дает ошибку относительной точности, часто называемую ошибкой разрешения. Шум 1/f является другим источником вклада в ошибку разрешения. Шум этого типа всегда присутствует в системе и дает свой вклад в неопределенность измерения. Полная относительная точность цепи при комнатной температуре составляет 9 ppm, что приблизительно эквивалентно разрешению в 17 бит.
10KΩ
VIN 100Ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МАКСИМАЛЬНАЯ ОШИБКА, +25°С: VIN = 100 мВ, VOUT = 10 В, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
– |
VOUT |
VOS |
10 мкВ 100мВ |
100 ppm |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
+ |
|
|
|
|
|
IOS |
100Ω·1 нА – 100 мВ |
1 ppm |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
RL |
AVOL |
(100/5·106)х100 мВ |
20 ppm |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2KΩ |
|
|
|
||
нелинейность. |
100х0.07 ppm |
7 ppm |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
99Ω |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AVOL |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 .. 10 Гц |
200 нВ – 100 мВ |
2 ppm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СПЕЦИФИКАЦИЯ @ 25°С: |
Общая |
≈ 13 разрядов |
130 ppm |
|||||||||||||||
ошибка |
||||||||||||||||||
VOS = 10 мкВ [макс.] |
|
|
||||||||||||||||
Ошибка |
≈ 17 разрядов |
9 ppm |
||||||||||||||||
IOS = 1 нА [макс.] |
разрешения |
|||||||||||||||||
AVOL = 5·106 [мин.] |
|
|
Нелинейность AVOL = 0.07 ppm Шум 1/f 0.1 .. 10 Гц = 200 нВ
Рис.3.17. Бюджет ошибок по постоянному току прецизионного ОУ ОР177А.
©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.
3-16