Разработка аналоговой части проектируемых устройств, страница 3

          Дальнейшее усиление сигнала и компенсация содержащейся в нем постоянной составляющей могут быть осуществлены во втором каскаде усиления (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Усилитель: а – неинвертирующий с подстройками коэффициента усиления и смещения; б – инвертирующий

с компенсацией входной постоянной составляющей

          Усилители  (рис. 2.4) содержат все элементы описанных ранее базовых схем. Переменный резистор R3  в схеме а предназначен для подстройки коэффициента усиления. Замена резистора R1 переменным резистором так же воздействует на К, но в первом случае схема имеет лучшую помехоустойчивость благодаря соединению элементов потенциометра с “массой” схемы. Потенциометр R5 в этой схеме подключается к входам балансировки усилителя и позволяет регулировать в небольших пределах уровень постоянной составляющей на выходе схемы.

          Компенсацию постоянной составляющей входного сигнала в значительных пределах удается осуществить подачей на один из входов ОУ постоянного смещения от источника опорного напряжения U_оп (рис. 2.4, б). Выбор полярности U_оп  зависит от знака постоянной составляющей сигнала. Если входной сигнал имеет постоянную составляющую со знаком (+), то U_оп тоже должно быть положительным. Конденсатор С2 блокирует вход ОУ от наведенных высокочастотных сигналов. RC-цепочки, подключенные к выходам обоих усилителей, служат для фильтрации шумов, присутствующих в выходном сигнале. Они также предохраняют усилительный каскад от помех, которые могут проникать в аналоговую часть схемы из следующих за ней АЦП и других цифровых узлов. Для схем с небольшим быстродействием (усилители сигналов термопар и терморезисторов) параметры этой цепочки следующие: R = 10 кОм,  C = 4.7 мкФ. Следует также иметь в виду, что  для обеспечения стабильной работы сопротивление резисторов в цепях отрицательной обратной связи ОУ среднего качества не рекомендуется задавать более 1 МОм .

2.2.  Датчики и их подключение к проектируемым устройствам

          Электрические датчики реагируют на физические воздействия как появлением достаточно слабых выходных сигналов (термопары, фотодиоды в режиме генерации ЭДС, пьезодатчики), так и изменением параметров, измеряемых при прохождении электрического тока (термометры сопротивления, тензорезисторы, фотодиоды в режиме обратного тока, фоторезисторы). Из большого разнообразия датчиков в настоящем пособии рассматриваются лишь немногие наиболее характерные датчики температуры и оптического излучения.

Металлические термометры сопротивления. Хорошо воспроизводимая температурная зависимость электрического сопротивления металлов позволяет создавать высокоточные резистивные датчики температуры. В общем случае сопротивление R_T  металлов в зависимости от температуры T описывается полиномом. Однако в некоторой области температур для каждого металла оказывается возможным пренебречь (без существенной потери точности) всеми коэффициентами полинома кроме первого. В этом случае зависимость R_T от Т описывается простым выражением R_T = R₀ (1 + a_TT), где   a_T  - температурный коэффициент сопротивления. Например:  a_T = 6.17 · 10^-3  % / K  для  никеля   (в интервале от

-200  до  + 400  °C);  a_T   =  4.27 · 10^-3 % / K  для  меди  (от  -200  до  +  260  °C);

 a_T = 3,85 · 10^-3 % / K для платины (от -200 до + 800 ° C).

Все три металла находят применение в датчиках температуры. В тепличных хозяйствах, в пищевой и ряде других отраслей промышленности в диапазоне температур от 0 до 125 ºС часто  применяются недорогие медные преобразователи типа КОН5.05-0-01. Погрешность измерения температуры таких датчиков составляет ±0.6 ºС. Номинальное сопротивление при  0 ºС составляет 50 Ом. Измерительный резистор помещен в герметизирующий корпус диаметром 4 мм и длиной 140 мм. Тепловая постоянная времени преобразователя равна 9 с.