Электротехника \ Схемотехника

Преобразователь приращения напряжения в напряжение

Страницы работы

12 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Содержание работы

Новосибирский Государственный Технический Университет
Кафедра ССОД

Курсовой проект по Дисциплине «Схемотехника»

«Преобразователь приращения напряжения в напряжение»

Вариант 9.

Выполнил:

студент группы АИ-32

Карпов Дмитрий Григорьевич

Проверил:

Еленычев Станислав Владимирович

Новосибирск 2006 г.

Техническое задание

Разработать преобразователь приращения сопротивления в напряжение. Пределы измерения приращения сопротивления ΔR (начальное сопротивление R_o): 20 Ом (100 Ом), 200 Ом (1 кОм). Номинальное выходное напряжение 5В. Ток через измеряемое сопротивление не должен превышать 100 мкА. Предел приведенной относительной погрешности γ=+/- 2% в диапазоне температур окружающей среды от -30 до +50 %.

Структурная схема

Схема преобразования приращения с сопротивления в напряжения состоит из 2-х основных блоков.

Блок усиления – инвертирующий усилитель, где в обратной связи включено приращение сопротивления и начальное сопротивление. На выходе этого блока мы получаем напряжение пропорциональное приращению сопротивления и постоянная составляющая, получаемая из-за начального сопротивления R₀.
Блок вычитания постоянной составляющей. Блок состоит из сумматора на один вход которого подается сигнал с блока 1, на второй вход подается опорное напряжение. Подбором резисторов, добиваются вычитания постоянной составляющей.

Но так как есть два предела измерения приращения сопротивления, на выходе блока1 будут различные диапазоны сигналов. Так как ΔR в втором пределе будет 10 раз больше ΔR в первом пределе, точна как и R_o, то выходной сигнал блока 1 при втором пределе измерений в 10 раз меньше чем при первом пределе.

ΔR₂=10 ΔR₁R₀(2 предела)=10 R₀(1 предела) 10U_вых2(2предела)=U_вых1(1 предела)

Исходя из приведенных выше доводов, назревает необходимость в еще одном блоке, который будет приводить выходные сигналы Блока Усиления к одному диапазону, вне зависимости от выбранного предела измерений.

Принципиальная схема.

Вывод формулы Первого Каскада: инвертирующий усилитель:

Вывод формулы выходного напряжения для второго каскада: Не инвертирующий усилитель:

Пусть второй каскад усиливает в K раз, тогда выходное напряжение будет:

Формула для третьего каскада: Сумматор.

Расчет номиналов.

Расчет номиналов для первого каскада.

Расчет R₁:

Подбор номиналов для второго каскада
Для первого предела измерений приращения сопротивления коэффициент усиления второго каскада возьмем 10.
Для второго предела приращения сопротивления коэффициент усиления второго каскада возьмем 100.

К₁=10; К₂=100;
исходя из формулы для не инвертирующего усилителя

Для получения усиления в 10 раз R_{верхнее}/R_нижнее=9;
Для получения усиления в 100 раз R_{верхнее}/R_нижнее=99;
Согласно рядам сопротивлений подберу соответствующие R_{верхнее} R_нижнее для первого и второго предела.

Для первого предела измерений приращения сопротивления
R_{верхнее}= 18кОм
R_нижнее=2 кОм;

Для второго прела измерений приращения сопротивления
R_{верхнее2}= 180 кОм

R_{верхнее1}=18 кОм
R_нижнее=2;

Расчет номиналов для третьего каскада

Номиналы третьего каскада не зависят от изменения предела приращения сопротивления.

Расчет номиналов будет произведен для первого предела измерения приращения сопротивления, хотя на значения полученных номиналов это ни как не повлияет, с таким –же успехом можно рассчитывать номиналы пользуясь значениями второго предела изменения сопротивления.

Для того чтоб убрать постоянную составляющую нужно чтоб:

После того как постоянная составляющая убрана т.е.
уравнение для третьего каскада примет вид:

В итоги проведенных рассуждений получены следующие соотношения:

R₁=50 кОм; R₀=100 кОм; R₄=50R₂;; R₃/ R₂=250; Решив несколько систем уравнений, и воспользовавшись рядами сопротивлений получаем следующие значения номиналов:

Значения Номиналов

R₀=50 кОм; R₁=100 кОм; R₂=1 кОм; R₃=25 кОм; R₄=5 кОм;
Для первого предела измерений приращения сопротивления
R_{верхнее}= 18кОм
R_нижнее=2 кОм;

Для второго прела измерений приращения сопротивления
R_{верхнее2}= 180 кОм

R_{верхнее1}=18 кОм
R_нижнее=2;

Элементная база.

Резисторы:

Индекс	Наименование	Количество
R₀	С2-29В-0.25Вт-50кОм +/-1 ТКС А	1
R₁	С2-29В-0.25Вт-100кОм +/-1 ТКС А	1
R₂	С2-29В-0.25Вт-1кОм +/-1 ТКС А	1
R₃	С2-29В-0.25Вт-25кОм +/-1 ТКС А	1
R₄	С2-29В-0.25Вт-5кОм +/-1 ТКС А	1
R_{верхнее} R_{верхнее1}	С2-29В-0.25Вт-18кОм +/-1 ТКС А	2
R_{верхнее2}	С2-29В-0.25Вт-180кОм +/-1 ТКС А	1
R_нижнее	С2-29В-0.25Вт-2кОм +/-1 ТКС А	1

Источники опорного напряжения:

Индекс	Наименование	Допуск	Температурный коэффициент источника тока	Количество
	ADR 455	0.04%	1 ppm/C^o	1

Операционные усилители

Индекс

Наименование

ЕДС смещения

Токи смешения

Количество

ОУ1

ОУ2

ОУ3

AD8571

1 мкВ

1 пА

Подстроечный резистор

Наименование	Назначение
RM-065 102	подстроечный резистор, 100 Ом

Чертеж схемы.

Расчет погрешностей.

В этом проекте источником опорного напряжения является ADR 445 фирмы Analog Devices:

ТКЕ =1 ppm/C;

ΔU_нач(допуск)=0.004

Диапазон температур окружающей среды от -30 до +50^о, нормальная температура для функционирования приборов 25^о, следовательно
ΔT=max(|25-T_min|,|25-T_max|), ΔT=30^о

Погрешности от ЕДС смещения, и от токов смешения компенсируются схемой корректировки нуля в третьем каскаде.

Относительная погрешность от опорного источника напряжения:

В качестве резисторов использованы прецизионные резисторы марки C2-29B

ТКС=25 ppm/C;

ΔR_нач (допуск)=0.001

Расчет погрешности для первого каскада: «Инвертирующий усилитель»

Расчет погрешности для первого предела R₀=100Ом ΔR=20 Ом

Расчет погрешности для второго предела R₀=1 кОм ΔR=200 Ом

Расчет погрешности для второго каскада : «Не инвертирующий усилитель»

Расчет погрешности для первого предела R₀=100Ом ΔR=20 Ом
R_нижнее=2 кОм R_{верхнее}=18 кОм

Расчет погрешности для второго предела R₀=1 кОм ΔR=200 Ом
R_нижнее=2 кОм R_{верхнее1}=18 кОм
R_{верхнее2}=180 кОм

Расчет погрешности третьего каскада: «Сумматор»

В этом пункте не будет проводиться расчета погрешности для двух пределов, так как входной сигнал, поступающий со второго каскада, имеет один диапазон, вне зависимости от выбранного предела.