Op-amp'nin büyük içsel kazancı, ters çevirme girişinin sanal bir zemin olmasına neden olur, bu nedenle ROS direncinden akan akım, I IN akımına eşittir. Bu nedenle, çıkış voltajı U OUT = -R OS I IN oranı ile belirlenir.

Şek. 4.3 devresi, onlarca miliamper ve daha azdan bir pikoamperin kesirlerine kadar küçük akımları ölçmek için çok uygundur. Üst akım limiti, op-amp çıkış akımı ile sınırlıdır. Devrenin dezavantajı, giriş akımının toprağa kısa devre yapılması gerektiğinden, devrenin isteğe bağlı bir noktasında akımla açılamamasıdır.

Dönüşüm faktörü

burada A V, op-amp'in kazancıdır ve R EKV, op-amp girişi ile toprak arasındaki eşdeğer dirençtir, akım kaynağının direnci ve op-amp'in diferansiyel giriş empedansı dahil.

Giriş Empedansı:

Çıkış Ofset Gerilimi:

burada U CM.BX, op-amp'in giriş öngerilim voltajıdır,

I CM, VX - op-amp'in giriş öngerilim akımı.

Ölçülen akımın alt sınırı, giriş ofset voltajı, op-amp giriş akımları ve bunların sapmaları tarafından belirlenir. Devre hatalarını en aza indirmek için aşağıdaki noktaları göz önünde bulundurun.

1. Ofset hataları.

Düşük giriş akımları için (1 μA'dan az), düşük giriş akımlarına sahip alan girişleriyle op amper kullanmak daha iyidir.

R EKV >> R OS koşulunun yerine getirilmesini sağlamak için çaba sarf etmek gerekir, aksi takdirde giriş ön gerilimi ek olarak yükseltilecektir.

Giriş akımlarıyla ilişkili belirsizlik, R OC'ye eşit ek bir direnç dahil edilerek azaltılabilir. , ters çevirmeyen giriş ve toprak arasında. Bu durumda, toplam giriş ofseti şuna eşit olacaktır:

U СМ ВХ + R ОС ΔI СМ ВХ, burada ΔI СМ ВХ, işletim sisteminin giriş akımları arasındaki farktır.

Ek direncin yüksek frekanslı gürültüsünü sınırlamak ve op-amp'in kendi kendine uyarılmasını önlemek için, buna paralel olarak bir şönt kapasitör (10 nF - 100 nF) bağlanabilir.

Çok düşük akımlarla çalışırken dikkatli olun, çünkü büyük hatalar kaçak akımlarla ilişkilendirilebilir. Bir koruma halkası (Şekil 4.4) kullanın, böylece kaçak akımlar devrenin girişine değil, ona kısa devre olur. Koruma halkaları tahtanın her iki yanında olmalıdır. Yüzey sızıntısını önlemek için pano iyice temizlenmeli ve yalıtılmalıdır. Son olarak, giriş devrelerini kurarken çok düşük kaçak akımlar (pikoamper düzeyinde) elde etmek için ek floroplastik ayaklar kullanılabilir.

Giriş akımlarının sıcaklıkla kaymasını azaltmak için op-amp'in ürettiği ısıyı sınırlamanız gerekir. Bunun için besleme voltajını minimuma indirmek daha iyidir. Ayrıca op-amp çıkışına düşük empedanslı bir yük bağlamamalısınız (toplam yük direnci en az 10 kOhm olmalıdır).

Düşük akımları ölçerken, devrenin sonraki aşamalarında ofseti ayarlamak veya Şekil 2'de gösterilen yaklaşımı kullanmak daha iyidir. Çok yüksek amplifikatör hassasiyeti gerektirmeyen 4.7.

2. Kazançtaki hatalar.

Op-amp ve geri besleme direnci, A V R EKV >> R OS olacak şekilde seçilmelidir, aksi takdirde kazançta büyük hatalar ve karakteristiğin doğrusal olmaması oluşabilir. Düşük kaymalı hassas dirençler seçin. Metal veya metal oksit filmlere dayalı oldukça kararlı dirençler kullanmak en iyisidir. Yüksek dirençli dirençler (1 GΩ üzeri) için en iyi tasarım, nemin etkisini ortadan kaldırmak için silikon vernikle kaplanmış bir cam kasadır. Bazı dirençlerin dahili bir metal kalkanı vardır.

Çok büyük dirençler kullanmamak için (düşük stabiliteye sahiptirler ve oldukça pahalıdırlar), T-şekilli geri besleme kullanabilirsiniz (Şekil 4.5).

Böyle bir bağlantı, yüksek dirençli dirençler kullanmadan dönüşüm faktörünü artırmanıza izin verir, ancak bu yalnızca op-amp'in kendi kazancının yeterli bir marjı ile mümkündür. Devrenin, kaçak direncin T-bağlantısını şöntlememesini önleyecek şekilde kablolanması gerektiğini unutmayın, yani. A ve B noktalarının iyi bir şekilde yalıtılmasını sağlayın. T şeklindeki bağlantının, op-amp A1v (R2 + R1) / R1'in bazen kullanımını sınırlayabilen ön gerilim voltajını artırmaktan oluşan ciddi bir dezavantajı vardır.

3. Frekans yanıtı.

C sinyal kaynağının sonlu kapasitansı, özellikle uzun giriş kabloları kullanıldığında devre kararsızlığına yol açabilir. Yüksek frekanslardaki bu kapasitör, op-amp'in geri besleme döngüsünde faz gecikmesine neden olur. Sorun, küçük bir kapasitör C OS'yi direnç R OS'ye paralel olarak bağlayarak çözülür. , Bu yöntemin grafik bir gösterimi Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.6.

Devrenin çıkış gürültüsü üç ana bileşenden oluşur: R OS direncinin gürültüsü , op-amp A1'in giriş gürültü voltajı ve op-amp A1'in giriş gürültü akımı.

ROS> 1 MΩ'de yüksek kazançlı op-amp'ler için, ROS direnci tarafından üretilen gürültü baskındır. .

Op amp'in giriş gürültü voltajı, gürültü kazancı ile çarpılır (Şekil 4.6). Tipik olarak, bu oran artan frekansla artar ve önemli yüksek frekanslı gürültü ile sonuçlanır.

Op-amp A1'in giriş gürültü akımı, R OS değeri ile çarpılır , ve bu formda girişte görünür.

5. Girişim.

Yüksek kazançlı akım-voltaj dönüştürücüler oldukça hassas, yüksek empedanslı devrelerdir. Bu nedenle, enterferansa karşı koruma sağlamak için koruyucu bir kılıf içine alınmaları gerekir. İyi beslenme ayrışması esastır. Son olarak, bu devreler mekanik titreşimlere karşı çok hassas olabilir.

İncirde. 4.7, fotodiyot sinyal yükselticisinin devresini gösterir. Ofseti ayarlamak için bir potansiyometre kullanılır.

Şekil 1.2, op-amp'i açmak için ana ters çevirme devresini göstermektedir.

Şekil 1.2. Op-amp'i açmak için ana ters çevirme devresi

Op-amp çıkışı, bir geri besleme direnci ile ters çevirme girişine bağlanır. $ işletim sistemi... Sinyal, bir direnç aracılığıyla ters çevirme girişine uygulanır. $ 1 ... Op-amp'nin (sonsuz kazanç) özelliklerine dayanarak, çıkıştaki sonlu bir voltajda, joglardaki potansiyel farkın olduğu sonucuna varıyoruz. FAKAT ve İÇİNDE sıfır. Çünkü nokta potansiyeli İÇİNDE sıfırdır (toprağa bağlantı), sonra noktanın potansiyeli FAKAT ayrıca sıfırdır. Bu gerçek, noktayı düşünmek için sebep verir. FAKAT görünen zemin, çünkü bu noktanın zeminle doğrudan bir bağlantısı yoktur.

Giriş devresindeki akımın sadece direnç tarafından belirlendiğini takip eder. $ 1 : ben= sen BX / $ 1 ... Op-amp'in sonsuz giriş direnci nedeniyle, akım amplifikatörün girişine dallanmaz ve tamamen işletim sisteminin direncinden akar. $ işletim sistemi... Bu nedenle:
... Burada mevcut değeri değiştirerek şunu elde ederiz:
... Bu nedenle, kazanç:

(1.1)

Aşamanın giriş empedansı $ 1 .

1.1. Toplama amplifikatörü

Görünür bir toprak noktasının varlığı, bir op amp kullanarak toplama amplifikatörleri oluşturmanıza olanak tanır (Şekil 1.3).

Şekil 1.3. Toplama amplifikatörü

noktasındaki potansiyel nedeniyle FAKAT sıfırdır, giriş akımları birbirini etkilemez ve yalnızca giriş devrelerinin parametreleri tarafından belirlenir:

Bu akımlar geri besleme döngüsünde toplanır:
.

Akımların değerlerini değiştirin:
, buradan:

(1.2)

Direnç değerlerini değiştirerek, giriş gerilimlerinin eklendiği ağırlık faktörlerini ayarlayabilirsiniz. Özellikle, tüm dirençler eşitse, giriş voltajlarının net toplamını elde ederiz.

1.4. Temel ters çevirmeyen op-amp bağlantı devresi

Şekil 1.4. op-amp'i açmak için ana ters çevirmeyen devre gösterilmektedir.

Şekil 1.4. Temel ters çevirmeyen op-amp anahtarlama devresi

Önceki durumlarda olduğu gibi aynı öncüllere dayanarak, bu planın işleyişini analiz edeceğiz.

1)
.

3)
.

4) Akımları eşitleyerek şunu elde ederiz:
.

5) Buradan nihayet kazancı elde ederiz:

. (1.3)

(1.3)'den görüldüğü gibi, ters çevirmeyen kazancın kazancı birden az olamaz.

1.5. tekrarlayıcı

Ters çevirmeyen bir amplifikatörün özel bir durumu bir tekrarlayıcıdır (Şekil 1.5).

Şekil 1.5. Op-amp üzerinde tekrarlayıcı

Böyle bir kaskadın iletim katsayısı bire eşittir. Çok yüksek giriş empedansına ve düşük çıkış empedansına sahiptir. Bu tür özellikler, büyük bir devrenin bir bölümünün diğeri üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için bir tampon aşaması olarak kullanılmasına izin verir.

1.6. Akım-voltaj dönüştürücü

En basit akım-voltaj dönüştürücü bildiğiniz gibi bir dirençtir. Bununla birlikte, bağlı bir akım kaynağı için giriş direncinin sıfır olmaması dezavantajına sahiptir (akım kaynağı için kısa devre modunun normal olduğunu hatırlayın, çünkü akım kaynağının çıkış direncinden çok daha büyük olması gerekir). yük direnci). Şekil 1.6'da gösterilen devre bu dezavantajdan muaftır ve doğru bir akım-voltaj dönüşümü sağlar:

sen 2 = −$ ben 1 . (1.4)

Nokta FAKAT neredeyse sıfır potansiyele sahiptir, bu nedenle cihazın giriş empedansı sıfırdır ve akım ben 1 direnç üzerinden akar $ bir çıkış voltajı (1.4) sağlanması.

Şekil 1.6. Akım-voltaj dönüştürücü

Ölçüm devrelerinde DC sinyalleri genellikle sıcaklık, basınç, akış, ağırlık ve hareket gibi fiziksel ölçümlerin analog temsilleri olarak kullanılır. Çoğu zaman, sabit sinyaller mevcut sabit yerine tercih edilir streslerçünkü akım sinyalleri, bir kaynaktan (ölçüm cihazı) bir yüke (gösterge, kaydedici veya kontrolör) akım taşıyan bir devrenin tüm devresi boyunca tam olarak eşit olduğundan, benzer bir devredeki voltaj sinyalleri bir uçtan diğerine değişebilir. diğeri iletkenlerin dirençli kaybı nedeniyle. Ek olarak, akım ölçüm cihazları genellikle düşük empedanslara sahiptir (gerilim ölçüm cihazları yüksek empedanslara sahipken), bu da akım ölçüm cihazlarına elektriksel gürültüye karşı daha fazla bağışıklık sağlar.

Akımı fiziksel bir niceliğin analog temsili olarak kullanmak için, sinyal devresinde doğru bir akım değeri üretmenin bir yolunu bulmalıyız. Ancak, döngü direncini bilemediğimiz zaman, doğru bir akım sinyalini nasıl oluştururuz? Cevap, yük devresinin verilen akım değerini koruması için gereken kadar çok veya az voltaj uygulayarak akımı belirli bir değerde tutmak için tasarlanmış bir amplifikatör kullanmaktır. Böyle bir amplifikatör işlevi yerine getirir akım kaynağı... Negatif geri beslemeli bir op-amp bu görev için ideal bir adaydır:

Bu devrenin giriş voltajının, fiziksel ölçüm için %0 için 1 volt ve fiziksel ölçüm için %100 için 5 volt verecek şekilde kalibre edilmiş bazı fiziksel dönüştürücü/amplifikatör cihazından geldiği varsayılmaktadır. Analog akım sinyali için standart aralık 4 mA ila 20 mA'dır, bu da sırasıyla ölçüm aralığının %0 ila %100'ü anlamına gelir. 5 voltluk bir girişte, (doğru) 250 ohm'luk bir rezistörün üzerine 5 volt uygulanacaktır, bu da büyük döngü devresinde (R yükü ile) 20 mA'lık bir akımla sonuçlanacaktır. Op-amp, içinden 20 mA akmak için gereken voltajı sağlayacak kadar yüksek bir besleme voltajına sahip olduğu sürece, direnç R yükünün ne olduğu ve bu büyük döngüdeki tellerin direncinin ne olduğu önemli değildir. R yükü. 250 ohm'luk direnç, giriş voltajı ile çıkış akımı arasındaki ilişkiyi ayarlar, bu durumda 1-5 V giriş / 4-20 mA çıkış eşdeğeri oluşturur. 1-5 voltluk bir giriş sinyalini ve 10-50 mA'lik bir çıkış sinyalini (daha eski, modası geçmiş bir endüstri ölçüm standardı) dönüştürüyor olsaydık, bunun yerine 100 ohm'luk bir hassas direnç kullanırdık.

Bu şema için başka bir isim “ eğim yükseltici". Elektronikte eğim, akımdaki değişimin gerilimdeki değişime (ΔI / ΔV) bölünmesine eşit bir matematiksel katsayıdır ve iletkenliği ifade etmek için kullanılan aynı birimler olan siemens (S) cinsinden ölçülür (matematiksel olarak direncin tersi: akım / voltaj). Bu devrede eğim 250 ohm'luk bir dirençle sabitlenir, bu da lineer bir çıkış akımı / giriş voltajı ilişkisi ile sonuçlanır.

Özet

• Endüstride, fiziksel büyüklüklerin analog temsilleri olarak DC voltaj sinyalleri yerine DC akım sinyalleri sıklıkla kullanılır. Seri devredeki akım, tellerin direncinden bağımsız olarak bu devrenin tüm noktalarında tamamen aynıdır, benzer bir devrede voltaj, tellerin direnci nedeniyle bir uçtan diğerine değişebilir, bu da yapar. mevcut sinyaller, sinyali "ileten" cihazdan "Alıcı" cihaza iletmek için daha doğru.
• Doğru akım sinyalleri değilken, voltaj sinyallerinin doğrudan dönüştürücü cihazlarda elde edilmesi nispeten kolaydır. Op amp'ler, bir voltaj sinyalini bir akım sinyaline "dönüştürmek" için oldukça basit bir şekilde kullanılabilir. Bu modda, op-amp, sinyal devresinden geçen akımı doğru değerde tutmak için gereken voltajı verecektir.

Bir elektrik devresindeki akımı ölçmenin en basit yollarından biri, yük ile seri bağlanmış bir direnç üzerindeki voltaj düşüşünü ölçmektir. Ancak akım bu dirençten geçtiğinde, üzerinde ısı şeklinde gereksiz güç serbest bırakılır, bu nedenle mümkün olan en düşük değer olarak seçilir ve bu da sinyalin daha sonra yükseltilmesini gerektirir. Aşağıda verilen devrelerin, yükseltici elemanların bant genişliği tarafından belirlenen karşılık gelen bozulmalarla birlikte, yalnızca sabit değil, aynı zamanda darbeli akımı da kontrol etmeyi mümkün kıldığı belirtilmelidir.

Yükün negatif kutbundaki akımın ölçümü.

Negatif kutuptaki yük akımını ölçmek için devre Şekil 1'de gösterilmiştir.

Bu diyagram ve bazı bilgiler dergiden ödünç alınmıştır. 2006 için "Bileşenler ve Teknolojiler" No. 10. Mihail Pushkarev [e-posta korumalı]
Faydaları:
düşük giriş ortak mod voltajı;
giriş ve çıkış sinyallerinin ortak bir zemini vardır;
tek güç kaynağı ile uygulama kolaylığı.
Dezavantajları:
yük doğrudan toprağa bağlı değildir;
eksi kutupta yükü bir anahtarla değiştirme imkanı yoktur;
yükte kısa devre olması durumunda ölçüm devresinin arızalanma olasılığı.

Yükün negatif kutbundaki akımı ölçmek zor değildir. Tek kutuplu bir besleme ile çalışmak üzere tasarlanmış birçok op amfi bu amaç için uygundur. İşlemsel bir yükselteç kullanarak akımı ölçmek için devre, Şek. 1. Spesifik bir amplifikatör tipinin seçimi, esas olarak amplifikatör sıfır ofsetinden, sıcaklık kaymasından ve kazanç ayar hatasından ve gerekli devre hızından etkilenen gerekli doğrulukla belirlenir. Ölçeğin başlangıcında, çoğu pratik uygulama için önemsiz olan, amplifikatörün minimum çıkış voltajının sıfır olmayan bir değerinden kaynaklanan önemli bir dönüştürme hatası kaçınılmazdır. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için, amplifikatörün iki kutuplu bir güç kaynağı gereklidir.

Yükün pozitif kutbundaki akımın ölçülmesi

Avantajlar:
yük topraklanmış;
yükte bir kısa devre tespit edildi.
Dezavantajları:
yüksek ortak mod giriş voltajı (genellikle çok yüksek);
çıkış sinyalini sistemde sonraki işlemler için kabul edilebilir bir seviyeye kaydırma ihtiyacı ("toprak" referansı).
İşlemsel yükselteçler kullanarak yükün pozitif kutbundaki akımı ölçmek için devreleri düşünün.

Şek. Şekil 2'de gösterildiği gibi, AD8603 gibi, tek bir besleme ve maksimum giriş ortak mod gerilimi ile çalışmak üzere tasarlanmış kabul edilebilir besleme gerilimi op amperlerinden herhangi birini kullanabilirsiniz. Devrenin maksimum besleme gerilimi, amplifikatörün izin verilen maksimum besleme gerilimini aşamaz.

Ancak, besleme voltajının çok üzerindeki giriş ortak mod voltajlarında çalışabilen op amperler vardır. Şekil 2'de gösterilen LT1637 op-amp kullanan devrede. 3, op-amp besleme voltajı 3 V'a eşit olduğunda yükün besleme voltajı 44 V'a ulaşabilir. Yükün pozitif kutbundaki akımı çok küçük bir hatayla ölçmek için, LTC2053, LTC6800 gibi enstrümantasyon amplifikatörleri Doğrusal Teknoloji, Texas Instruments'tan INA337 uygundur. Pozitif kutuptaki akımı ölçmek için özel mikro devreler vardır, örneğin - INA138 ve INA168.

INA138 ve INA168

- yüksek voltajlı, tek kutuplu akım monitörleri. Geniş giriş voltaj aralığı, düşük akım tüketimi ve küçük boyut - SOT23, bu mikro devrenin birçok devrede kullanılmasına izin verir. Güç kaynağı voltajı, INA138 için 2,7 V ila 36 V ve INA168 için 2,7 V ila 60 V arasındadır. Giriş akımı 25μA'dan fazla değildir, bu da şant boyunca voltaj düşüşünü minimum hatayla ölçmeyi mümkün kılar. Mikro devreler, 1'den 100'e veya daha fazla dönüşüm faktörüne sahip akım-gerilim dönüştürücülerdir. SOT23-5 muhafazalarındaki INA138 ve INA168, -40 °C ila +125 °C çalışma sıcaklık aralığına sahiptir.
Bu mikro devreler için dokümantasyondan tipik bir anahtarlama devresi alınmıştır ve Şekil 4'te gösterilmiştir.

OPA454

50 mA'dan fazla çıkış akımı ve 2.5 MHz bant genişliği ile Texas Instruments'tan yeni bir düşük maliyetli yüksek voltajlı işlemsel amplifikatördür. Avantajlardan biri, OPA454'ün birlik kazancında yüksek kararlılığıdır.

Op-amp'in içinde aşırı sıcaklık ve aşırı akıma karşı koruma düzenlenmiştir. IC, ± 5 ila ± 50 V geniş bir besleme voltajı aralığında veya tek bir besleme durumunda 10 ila 100 V (maksimum 120 V) arasında çalışabilir durumda kalır. OPA454'ün ek bir "Durum Bayrağı" pini vardır - op-amp'in açık tahliyeli durum çıkışı, bu da herhangi bir seviyede mantıkla çalışmanıza izin verir. Bu yüksek voltajlı işlemsel yükselteç, yüksek doğruluk, geniş çıkış gerilimi aralığına sahiptir ve basit yükselteçlerde sıklıkla karşılaşılan faz tersine çevirme sorunlarına neden olmaz.
OPA454 teknik özellikleri:
± 5 V (10 V) ila ± 50 V (100 V) arasında geniş besleme voltajı aralığı
(maksimum 120 V'a kadar)
Büyük maksimum çıkış akımı> ± 50mA
-40 ila 85 ° С arasında geniş çalışma sıcaklığı aralığı (maksimum -55 ila 125 ° С)
Muhafaza SOIC veya HSOP (PowerPADTM)
Mikro devre verileri 2008 yılı için "Elektronik Haberleri" No. 7'de verilmiştir. Sergey Pichugin

Ana güç rayındaki akım şönt sinyal yükselticisi.

Amatör radyo pratiğinde, parametreleri çok katı olmayan devreler için, 32V'a kadar giriş voltajlarıyla çalışmaya izin veren ucuz çift op-amp LM358 uygundur. Şekil 5, bir yük akımı monitörü olarak birçok tipik LM358 anahtarlama devresinden birini göstermektedir. Bu arada, tüm "veri sayfalarının" dahil edilmesi için şemaları yoktur. Büyük olasılıkla, bu şema "Radyo" I. Nechaev dergisinde verilen ve makalede bahsettiğim şemanın bir prototipiydi " Akım sınırı göstergesi».
Yukarıdaki devreler, kısa devrelere karşı koruma devreleri oluşturmak için yük akımını izlemek, telemetri ve ölçmek için ev yapımı güç kaynaklarında kullanım için çok uygundur. Bu devrelerdeki akım sensörü çok küçük bir dirence sahip olabilir ve geleneksel bir ampermetre durumunda olduğu gibi bu direnci ayarlamaya gerek yoktur. Örneğin, Şekil 5'teki devrede R3 direnci üzerindeki voltaj: Vo = R3 ∙ R1 ∙ IL / R2 yani. Vo = 1000 ∙ 0.1 ∙ 1A / 100 = 1V. Sensörden geçen bir amperlik akım, R3 direnci boyunca bir voltluk voltaj düşüşüne karşılık gelir. Bu oranın değeri, dönüştürücü devresinde bulunan tüm dirençlerin değerine bağlıdır. Direnç R2'yi bir düzeltici yaparak, direnç R1'in direncindeki yayılmayı kolayca telafi edebilirsiniz. Bu aynı zamanda Şekil 2 ve 3'te gösterilen devreler için de geçerlidir. Şekil 2 ve 3'te gösterilen devrede. 4, yük direnci RL'nin direnci değiştirilebilir. Güç kaynağının çıkış voltajındaki düşüşü azaltmak için, Şekil 5'teki devredeki akım sensörü - direnç R1'in direncinin genellikle 0,01 Ohm'a eşit olması daha iyidir, direnç R2'nin değerini 10 Ohm değiştirirken veya direnç R3'ün değerini 10kOhm'a yükseltmek.

Rusya Federasyonu Eğitim Bakanlığı

Novosibirsk Devlet Teknik Üniversitesi

SSOD Bölümü

Disipline göre ders projesi:

"DEVRE"

Akım-voltaj dönüştürücü

Tamamlandı: Kontrol edildi:

Goldobina Elena Pasynkov Yu.A.

Grup: AO-91

Fakülte: AVT

NOVOSİBİRSK-2001

1. Giriş

2. Tasarım için teknik veriler

3. Dönüştürücünün blok şeması

4. Dönüşüm denklemi

5. Hataların analizi

6. Şematik diyagram

7. Enstrümantal hataların hesaplanması

8. Sonuç

9. Kullanılmış literatür listesi

10. Elemanların özellikleri

Giriş

Şu anda, fiziksel büyüklüklerin çeşitli dönüştürücüleri vardır, örneğin: voltajdan akıma, sabit voltaja direnç, frekanstan voltaja.

Bir miktardan diğerine dönüştürücüler, elektronik, mikro elektronik ve veri toplama ve işleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür dönüştürücüler oluşturulurken işlemsel yükselteçler kullanılır. Bu, devrenin çıkış empedansını önemli ölçüde artırmanıza ve böylece sonraki bağlantıların çalışması üzerindeki etkiyi azaltmanıza olanak tanır.

2. Tasarım için teknik veriler.

a) Temel veriler

b) Ek

3. Dönüştürücünün blok şeması.

Dönüştürücü devresi yapısal olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

2) - amplifikatör

I BX - giriş akımı

U OUT - nominal çıkış voltajı.

4. Akımın gerilime dönüşüm denklemi.

Giriş akımlarından kaynaklanan hatayı ortadan kaldırmak için R1 ve R2'nin paralel bağlantısına eşit R3 direnci devreye dahil edilmiştir.

Direnç R düzeltme - dirençlerin toleranslarından kaynaklanan hataları ortadan kaldırmak için devreye dahil edilmiştir (R cor = 10 Ohm)

Çıkış voltajı, akım, şönt direnci ve ölçek yükselticisinin kazancı ile doğru orantılıdır:

Devre elemanlarının hesaplanması:

İlk veri:

.

İşlemsel yükselteç seçimi.

Sürüklenmenin etkisinden kaynaklanan hatayı en aza indirmek için düşük sıcaklık kayması E cm olan bir işlemsel yükselteç seçelim.

Op-amp 140UD21'i alın (TKE cm = 0,5 · 10 -6 V, I içeri = 0,5 nA, ΔI içeri = 0,5 nA, K = 1.000.000 U dışarı = 10,5 V M sf = 110 dB).

Dirençlerin hesaplanması.

Anma gerilimi U shnom = 30mV olan bir şönt seçelim.

şant direnci bu nedenle, dönüştürücünün giriş empedansı, belirtilen parametrelere karşılık gelen 3 mOhm'dur.

Amplifikatör girişindeki voltaj U shnom'a eşittir. Çıkışta, U çıkışı = 1V voltajı elde etmek gerekir. Bu nedenle, kapalı çevrim kazancı

.

I R - R1, R2 dirençlerinden geçen akım.

burada, I in_ou işlemsel yükselticinin giriş akımıdır, K, geri beslemesiz kazançtır.

Bu sistemi çözerek dirençlerin değerlerini buluyoruz.

R1 = 60 ohm R2 = 1900 ohm.

5. Hataların analizi

Bu şemada, yalnızca araçsal bir hata vardır, çünkü kaynak direnciyle ilişkili metodik hata sıfırdır (kaynağın ideal olduğunu, yani iç direncinin ∞ olduğunu varsayıyoruz).

Bu nedenle, yalnızca araçsal hataları dikkate alacağız:

1. Direnç tolerans hatası.

Bu hata, sisteme 10 Ohm'a eşit bir düzeltme direnci getirilerek ortadan kaldırılır.

2 . TKS dirençlerinden doğruluk

3. Sürüklenme E'den gelen hata bkz.

Bu hatanın etkisi aşağıda tartışılacaktır.

4. Amplifikatörün E cm hatası.

Bu hata, bir trimmer direnci R4 ile ortadan kaldırılır.

5. Giriş akımlarından kaynaklanan hata.

Bu hata, R1 ve R2'nin paralel direncine eşit olan R3 dönüştürücü direnci dahil edilerek ortadan kaldırılır.

6. Sürüklenme nedeniyle hata ΔbenBX.

Bu önyargının etkisi de aşağıda tartışılmaktadır.

7. Ortak Mod Reddetme Oranı Doğruluğu.

Bu hatanın etkisi aşağıda tartışılacaktır.

7. Hataların hesaplanması

Çıkış voltajı denklemi:

Aşağıdaki hataları hesaplayalım:

a) Şönt direncinin toleransından kaynaklanan hata

Şönt direnç tolerans hatası %0,05 veya 15nΩ'dir.

Diğer bir deyişle

R sreal şantın gerçek direncidir.

U xreal - R w = R sreal'de amplifikatör çıkışındaki voltaj

b) TKS dirençlerinden gelen hata:

C2-29V serisinden R1, R2 dirençlerini seçelim.

Bu tip direnç

TKS R 2'den d 1 hatası

TKS R 1'den d 2 hatası

c) TKE CM'den gelen hata

d) ΔI BX'den gelen hata.

e) Ortak mod reddetme oranından doğruluk.

Toplam hata

Bu değer belirtilen hatayı karşılar. Bu nedenle, düşük ofset kaymalı op-amp'in doğru olduğu onaylanmıştır.

8. Sonuç.

Bu voltaj-akım dönüştürücü devresi oldukça basittir, ancak aynı zamanda gerekli dönüştürme doğruluğunu sağlar (dönüşüm hatası 0.05'ten fazla değildir). Bu nitelikler, bu şemanın ölçüm sistemlerinde ve sinyal işleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılar.

9. Kullanılan literatürün listesi:

1. Y. A. Pasynkov'un 2001 için devre üzerine ders notları.

2. Horowitz P., Hill W. "Devre Sanatı"

3. Kunov V.M. İşlemsel yükselteçler. Dizin. Novosibirsk, 1992.

11. Elemanların teknik özellikleri.

atama diyagramda	bir tür eleman	numara	Not
	Opera. amplifikatör
			U ÇIKIŞ = 10,5 V, TKE CM = 0,5 μV / K
	dirençler
			Hassasiyet, TCS =
			düzeltici
			sıfır düzeltme