Разработка преобразователя сопротивление – ток с пределами измерения: 100-1000 Ом, страница 2

Средний входной ток                                                                                                                       ≤ 250 нА.           

Разность входных токов                                                                                                                   ≤ 30 нА

Ток потребления                                                                                                                               ≤ 5 мА.

Коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение смещения нуля      ≤ 35 мкВ/В.

Входное сопротивление                                                                                                                   1 МОм.

Температурный дрейф напряжения смещения                                                                             7 мкВ/ºС.

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания                                                                                                                       ±(12…16,5) В.

Входное напряжение                                                                                                                        ± 4,5 В.

Сопротивление нагрузки                                                                                                                 ≥ 2 кОм

Температура окружающей среды                                                                                                   -10…+70 ºС.

Питание преобразователя – ± 15 В.

III.  Усилитель напряжения. В качестве этого узла выбран инструментальный усилитель INA114

Рисунок 6 – Инструментальный усилитель INA114

Коэффициент усиления – 1+50кОм/R_G

Таблица 2 Характеристики INA114

Напряжение питания	От ±2.25 до ±18V
Температурный дрейф напряжения смещения	0.25мкВ/C
Температура окружающей среды	-40…+85 ºС.
Средний входной ток	2 нА

IV.  Преобразователь напряжение – ток

Источник тока – преобразователь напряжения в ток

Принципиальная схема источника тока была рассмотрена выше в п  1. Ток проходящий через нагрузку R_н зависит от питающего напряжения поступающего от усилителя напряжения.

V0

Рисунок 7 -источник тока на ОУ

В результате принципиальная схема преобразователя  будет выглядеть следующим образом

Рисунок 8 – преобразователь R-I 

Питание ИОН:

Питание микросхем, не указанное на схеме преобразователя - двухполярное 15 В.

Для предела Rx =1000 Ом:             

Для предела Rx =100  Ом:                

Ток через нагрузку:

Уравнение преобразования:

Для предела Rx =1000 Ом:               

Для предела Rx =100  Ом:              

Резисторы из серии С2-29В. У данных резисторов , допуск 0.1%

Подберем номинальное значение резисторов

Через Rx протекает ток с номинальным значением 250 мкА., сопротивление резистора – переменное  с пределами 100 и 1000 Ом. Для того чтобы обеспечить ток 250 мкА. через преобразуемое сопротивление,

 

В задании указано:

.

Выберем  R1 из серии С2-29В - 0.125Вт номинальным значением 4,93к-1%\"А"

R1 = 4,93 кОм.

Напряжение на Rx: .  =

Для предела Rx =1000 Ом:               =  1.2*1000/4930  = 0.24 В. 

Для предела Rx =100  Ом:                =  1.2*100/4930  = 0.024 В. 

Сопротивлениями R2 R3 устанавливаем коэффициент усиления инструментального  усилителя INA114.

Для предела Rx =1000 Ом:              .

Для предела Rx =100  Ом:              

Выберем  R2 из серии С2-29В - 0.125Вт 16к-0,1%\"А"

R2 = 16кОм.

Выберем  R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 1,27к-0,25%"А"

R3 = 1.27кОм.

Для предела Rx =1000 Ом:              .

Для предела Rx =100  Ом:              

При выборе резисторов необходимо чтобы выполнялось условие R3+R2>>Rx+R1.  Напряжение , должно обеспечить номинальный выходной ток 4 мА. через нагрузку R_n.

 

Для предела Rx =1000 Ом:   =   0.24 В. .

отсюда значение R4 = 247Ом.

Для предела Rx =100  Ом аналогично:       =   0.024 В. .

R4 = 242Ом

Выберем  R3 из серии С2-29В - 0.125Вт 249-0,5%"А"

R4 = 249 Ом.

Для предела Rx =1000 Ом: 

Для предела Rx =100 Ом:   

Анализ погрешностей.

Рассмотрим инструментальные погрешности:

1.         Погрешность от допусков резисторов

Уравнение преобразования

Для предела Rx =1000 Ом:  Rk = R2

Для предела Rx =100 Ом:    Rk = R3

A

 при любом пределе измерения.

2.         Погрешность от ТКС резисторов

3.         Погрешность от Е_см   DA1 и DA2

4.         Погрешность от входных токов DA1 и DA2

5.       Погрешность от нестабильности выходного тока DA3

6.       Погрешность коэффициента усиления DA1

Перечень элементов.

Поз. обозн.	Тип, номинал	Количество	Примечание
	Микросхемы
DA1	ADR280	1	±UП=+2.4-+6 В- напряжение питания ±Uвых=1.2±4% В- выходное напряжение ТКЕСМ = 5мкВ/К
DA2	К153УД5	2	±UП=±15±10% В- напряжение питания         ТКЕСМ = 7 мкВ/С
DA3	INA114	1	ТКЕс=0.250мк/С Iв=2нА
	Резисторы		ТКС; ДОП; Рассеиваемая мощность
R1	С2-29В – 4,93к	1	;  1%; 0.125Вт
R2	С2-29В – 16к	1	; 0.1%; 0.125Вт
R3	С2-29В – 1.27к	1	; 0.25%; 0.125Вт
R4	С2-29В –  249	1	; 0.5%; 0.125Вт

Рисунок 8 – принципиальная схема преобразователя R-I 

Выводы.

Данная схема преобразователя сопротивления в ток достаточно проста, но в то же время обеспечивает необходимую точность преобразования (погрешность преобразования не более 0.1% ). Данные качества позволяют широко использовать эту схему в измерительных системах. Для удешевления схемы возможно использование менее точных резисторов и операционных усилителей.

Список используемой литературы:

1. Лабораторная работа № 1. Источники тока - 13с., АВТФ.
2. А.В. Нефедов Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Серии К143 – К174, том 2 – 640с., М: РадиоСофт, 2001.