Проектирование преобразователя тока в напряжение

Министерство Образования РФ

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра ССОД

Курсовой проект по дисциплине:

«СХЕМОТЕХНИКА»

Преобразователь тока в напряжение

Выполнила:                                                                     Проверил:

Голдобина Елена                                                            Пасынков Ю.А.

Группа:              АО-91

Факультет:         АВТ

НОВОСИБИРСК-2001

Содержание:

1.  Введение

2.  Технические данные для проектирования

3.  Структурная схема преобразователя

4.  Уравнение преобразования

5.  Анализ погрешностей

6.  Принципиальная схема

7.  Расчет инструментальных погрешностей

8.  Заключение

9.  Список используемой литературы

10. Спецификация элементов

Введение

В настоящее время существуют различные преобразователи физических величин, например:          напряжения в ток, сопротивления в постоянное напряжение, частоты в напряжение.

Преобразователи одной величины в другую широко применяются в радиоэлектронике, микроэлектронике и системах сбора и обработки данных. При построении таких преобразователей используются операционные усилители. Это позволяет значительно увеличить выходное сопротивление схемы, тем самым, уменьшив влияние на работу последующих звеньев.

2. Технические данные для проектирования.

а)       Основные данные

б)       Дополнительные

3. Структурная схема преобразователя.

Схему преобразователя структурно можно представить в следующем виде:

 

где

1)  – шунт

2)  – усилитель

I_BX  – входной ток

U_ВЫХ  – номинальное напряжение на выходе.

4. Уравнение преобразования тока в напряжение.

 

Сопротивление R3 равное параллельному соединению R1 и R2 включено в цепь для устранения погрешности от входных токов.

Сопротивление R_кор -корректирующее – включено в схему для устранения погрешности от допусков резисторов ( R_кор = 10 Ом )

Выходное напряжение прямо пропорционально току, сопротивлению шунта и коэффициенту усиления масштабного усилителя:

Расчет элементов схемы:

Начальные данные:

.

Выбор операционного усилителя.

Выберем операционный усилитель с малым температурным дрейфом E_см для того чтобы минимизировать погрешность от влияния дрейфа.

Возьмем ОУ 140УД21.(ТКЕ_см=0,5·10^-6 В, I_вх=0,5нА, ΔI_вх=0,5нА, К=1000000 U_вых=10,5В М_сф=110 дБ  ).

Расчет резисторов.

Выберем шунт с номинальным напряжением U_шном=30мВ.

Сопротивление шунта , следовательно входное сопротивление преобразователя равно 3 мОм, что соответствует заданным параметрам.

Напряжение на входе усилителя равно U_шном. На выходе необходимо получить напряжение U_вых=1В. Следовательно, коэффициент усиления с обратной связью

.

I_R – ток протекающий через сопротивления R1, R2.

 где, I_{вх_оу} – входной ток операционного усилителя,                                             К – коэффициент усиления без обратной связи.

              

Решая данную систему, находим значения резисторов.

R1 = 60 Ом           R2 = 1900 Ом.

5. Анализ погрешностей

В данной схеме присутствует только инструментальная погрешность, так как методическая погрешность, связанная с сопротивлением источника, равна нулю (считаем, что источник идеальный, т.е. его внутреннее сопротивление равно ∞).

Поэтому рассмотрим только инструментальные погрешности:

1. Погрешность от допусков резисторов.

Данная погрешность устраняется путем ввода в систему корректирующего сопротивления, равного 10 Ом.

2. Погрешность от ТКС резисторов

 Влияние этой погрешности будет рассмотрено ниже.

3. Погрешность от дрейфа Е_см.

         Влияние этой погрешности будет рассмотрено ниже.    

4.       Погрешность от Е_см усилителя.

      Эта погрешность устраняется с помощью подстроечного резистора R4.    

5.       Погрешность от входных токов.

      Эта погрешность устраняется путем включения в преобразователь сопротивления R3, равного параллельному сопротивлению R1 и R2.

R3 = 58 Ом

6.       Погрешность от дрейфа       ΔI_ВХ.

Воздействие  этой погрешности также рассматривается ниже.

7.  Погрешность от коэффициента подавления синфазного сигнала.

Воздействие этой погрешности будет рассмотренно ниже.

7. Расчет погрешностей

Уравнение выходного напряжения:

Рассчитаем следующие погрешности:

а)       Погрешность от допуска сопротивления шунта

Погрешность допуска сопротивления шунта составляет 0,05% или 15нОм.

Другими словами

R_шреал – реальное сопротивление шунта.

U_хреал – напряжение на выходе усилителя при R_ш = R_шреал

б)       Погрешность от ТКС резисторов:

Выберем резисторы R1,R2 из серии С2-29В.

У данного типа резисторов

погрешность d₁ от ТКС R₂

 

погрешность d₂от ТКС R₁

 

в)       Погрешность от ТКЕ_СМ

г)       Погрешность от ΔI_BX.

д) Погрешностьот коэффициента подавления синфазного сигнала.

Общая погрешность

Это значение  удовлетворяет заданной погрешности. Следовательно подтверждается правильность выбора операционного усилителя с малым дрейфом смещения нуля.

8. Заключение.

Данная схема преобразователя напряжения в ток достаточно проста, но в то же время обеспечивает необходимую точность преобразования (погрешность преобразования не более 0,05) . Данные качества позволяют широко использовать эту схему в измерительных системах и системах обработки сигналов.

9. Список используемой литературы:

1.  Конспект лекций Пасынкова Ю.А.по схемотехнике за 2001 год.

2.  Хоровиц П., Хилл У. ”Искусство схемотехники”

3.  Кунов В.М. Операционные усилители. Справочник. Новосибирск, 1992.

11. Технические характеристики элементов.

Обозначение на схеме	Тип элемента	Количество	Примечание
	Опер. усилитель
DA1	140УД21А	1	К = 1000000 UВЫХ = 10,5 В, ТКЕСМ = 0,5 мкВ/К
	Резисторы
R1-R3	C2-29B	3	Прецизионные, ТКС =
R	шунт	1
R	СП5-5	1	подстроечный
R	СП5-5	1	корректировка нуля