1.4 Измерения основных параметров иу
Методики измерения предназначены для определения параметров и характеристик устройств ИУ, проверки соответствия их требованиям ТЗ.
Управление КУ может быть организовано следующими способами:
1) Каскад с ручной регулировкой усиления. Такое исполнение требует непосредственного вмешательства для изменения КУ.
2) Использование логарифмического входного усилителя может охватывать весь амплитудный диапазон сигналов. При этом вмешательство для изменения КУ не требуется, но динамический диапазон измерительной системы будет ограничен.
3) Перестраиваемый по цифровому интерфейсу входной каскад позволяет осуществить автоматизированную удалённую регулировку усиления, но требует для управления внедрения в линию передачи цифрового сигнала, что в целом может понизить точность измерения [9].
1.4.1 Анализ ослабления синфазного сигнала в инструментальных усилителях
KОСС в схемах сравнения на основе ОУ зависит от точности соотношения сопротивлений в сигнальных цепях и внутренней структуры конкретного ОУ [10].
Наибольше распространение получила схема ИУ состоящая из трех ОУ на рисунке 1.14.
Рисунок 1.14 – Схема ИУ на трех ОУ
Первый каскад, состоящий из ОУ DA1,DA2 и сопротивленийR1,R2,RG, имеет симметричный вход и высокое входное сопротивление. Второй каскад, состоящий из ОУDA3 и сопротивленийR3, R4,R5,R6, образует схему вычитания на одном ОУ.
Используя теорию графов, построим сигнальный граф для ИУ на трех ОУ – рисунок 1.15.
Рисунок 1.15 – Сигнальный граф ИУ на трех ОУ
Примем за условие, что усилители DA1 иDA2 – идеальны. Тогда на основе эквипотенциальности их входов напряжениеU0действует одновременно в первом и во втором узлах графа, а напряжение Ux действует одновременно в третьем и четвертом узлах.
Используя принцип наложения, получим, что напряжениеU'0в пятом узле графа образуется за счет неинвертирующей передачи напряженияU0 из первого узла и инвертирующей передачи напряженияUx из третьего узла схемы (2).
=(1+
)*
-
*
(1.50)
Аналогично получим выражения для напряжения U'x:
=(1+
)*
-
*
(1.51)
Напряжение на выходе второго каскада и соответственно на выходе ИУ
UВЫХ=(1+К-)/(1+К+)* К+
-К-
(1.52)
При условии равенства K+ иK- напряжение на выходе ИУ:
=(
)
=
)[1+
] (1.53)
Где KД1 – коэффициент усиления дифференциального сигнала первым каскадом.
Для оценки KОСС представим входные сигналы как сумму синфазного и дифференциального напряжений действующих на входах ОУDA2:
, и
(1.54)
и подставим (1.48) в (1.49) с учетом выражений (1.46-1.47):
+
+
(1.55)
Из уравнения (1.50) получаем коэффициент ослабления синфазного сигнала:
=
+
(1.56)
Если сопротивленияR4/K+ иR3/K- отличаются на величину ΔKД, а сопротивленияR1 иR2 на величину ΔR то:
(1.57)
Вывод: Для работы с малыми сигналами усилитель должен обладать высокой стабильностью характеристик, низким уровнем собственных шумов,низким температурным дрейфом, иметь большой коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент усиления должен быть регулируемым с возможно большей точностью.С учетом этих требований ИУ был выбран малошумящий операционный усилителе (ОУ) с низким температурным дрейфом.
Глава 2 Аналитический обзор существующих измерительных усилителей
Измерительный усилитель (ИУ) по ТЗ должен обеспечивать возможность усиления сигналы очень низких частот, включая постоянные составляющие, а максимальный коэффициент усиления должен достигать 1000. Для работы с такими малыми сигналами усилитель должен обладать очень низким уровнем собственных помех. Чтобы иметь возможность с точностью до второго-третьего знака выставлять коэффициент усиления, он должен быть разбит на несколько диапазонов. Для контроля фактического значения коэффициента усиления в инструментальных усилителях целесообразно предусмотреть способ определения уже выставленного коэффициента [13].