Расчет погрешности усилителя

 

Коэффициент усиления усилителя зависит от частоты и определяется по формуле:

,        (4.5.1)

где K_у.u – функция коэффициента усиления микросхемы ОУ;

;

.

По графику зависимости коэффициента усиления ОУ от частоты определим значения коэффициента усиления на граничных частотах. K_у.u(20 Гц) = 10⁶, K_у.u(200 кГц) = 10⁴.

Определим погрешность для первого каскада усилителя.

,(4.5.2)

,(4.5.3)

,(4.5.4)

,(4.5.5)

,(4.5.6)

Определим погрешность для второго каскада усилителя.

,(4.5.7)

,(4.5.8)

,(4.5.9)

,(4.5.10)

,(4.5.11)

Определим погрешность усилителя по формуле:

           ,(4.5.12)

Расчет основной погрешности прибора

 

Основная погрешность прибора вычисляется по формуле:

(4.6.1)

Полученное значение основной погрешности соответствует требованиям технического задания (не более 1.5 %).

Описание спроектированного прибора

 

Электронный вольтметр действующего значения переменного тока является переносным электроизмерительным прибором, предназначенным для измерения действующего значения переменного напряжения со следующими характеристиками:

1. Диапазон измерения: 1 мВ – 300 В;

2. Диапазон частот: 20 Гц – 200 кГц;

3. Входное сопротивление: не менее 2.5 МОм;

4. Входная емкость: не более 10 пФ;

5. Основная погрешность: 1.5 %.

В качестве электроизмерительного прибора в электронном вольтметре применяется микроамперметр М2027-М1 магнитоэлектрической системы со стрелочным указателем с подвижной частью на растяжках, с антипараллаксным устройством, с током полного отклонения 100 мкА и имеющий две шкалы: 0…10 и 0…31.6.

Расширение диапазонов измерения достигается за счет использования делителя, аттенюатора и электронного усилителя.

Питание вольтметра производится от сети переменного тока 220 В 50 Гц.

Вольтметр предназначен для работы при температуре окружающей среды от 10˚С до 45˚С.

Рабочее положение прибора – горизонтальное.

Ручка переключателя диапазонов измерений, выключатель сети и входное гнездо выведены на переднюю панель прибора.

Вольтметр является законченной конструкцией. Все основные блоки прибора размещены в прямоугольном металлическом корпусе.

При эксплуатации прибора необходимо соблюдать следующие требования:

1. Перед проведением измерений включить вольтметр в сеть и прогревать в течение 10 – 15 минут;

2. Перед началом измерений убедиться, что стрелка измерителя покоится на левой крайней отметке шкалы;

3. Начинать измерения рекомендуется с верхних пределов измерения, лишь затем при необходимости переходить на нижние ступени аттенюатора.

Не реже одного раза в шесть месяцев рекомендуется поверять прибор в соответствии с инструкцией 184-62 “Поверка амперметров, вольтметров, ваттметров, вариометров”.

Принципиальная схема вольтметра приведена на чертеже 4032.525018.000 Э3.

Выводы по результатам проектирования

 

В данном курсовом проекте был разработан электронный вольтметр переменного тока действующего значения, удовлетворяющий следующим требованиям технического задания:

1. Диапазон измерения: 1 мВ – 300 В;

2. Диапазон частот: 20 Гц – 200 кГц;

3. Входное сопротивление: не менее 2.5 МОм;

4. Входная емкость: не более 10 пФ;

5. Основная погрешность: 1.5 %.

6. Рабочий диапазон температур: 10 - 45 ˚С;

7. Напряжение питания: 220 В ± 10 %.

 

Список использованной литературы

 

1. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для вузов / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. – М.: Высш. шк., 2004.

2. Аналоговые измерительные устройства: Учебное пособие / В.Г. Гусев, А.М. Мулик; Уфимск. гос. авиац. техн. у-нт. Уфа, 1996.

3. Гусев В.Г., Мулик А.В. Проектирование электронных аналоговых измерительных устройств. – Уфа, 1990 г.

4. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат, 1988 г.

5. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.А. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1982 г.

6. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1983 г.

7. А.И. Аксенов, А.В. Нефедов. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы. Справочное пособие. – М.: “Солон-Р”, 2000 г.

8. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М.: Издательство стандартов, 1992 г.

9. The Complete RS Catalogue on CD. 2004 г.

10. Каталог фирмы “ЧИП Индустрия”. 2003 г. www.chipindustry.ru.

 

Приложение A Справочные данные

 

Описание измерительного механизма М2027-М1.

Измерительный механизм представляет собой прибор общетехнического назначения постоянного тока типа М2027-М1, электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы со стрелочным указателем с подвижной частью на растяжках и с антипараллаксным устройством.

Применяется для измерения постоянного тока стационарных, переносных устройств, эксплуатируемых в различных областях промышленности, науки и техники в качестве показывающих приборов.

По устойчивости к климатическим воздействиям соответствуют ГОСТ 22261-76 (группа 5).

Изготавливаются с нулевой отметкой на краю диапазона измерения и имеют следующие технические характеристики:

Диапазон измерения: 0…100 мкА;

Класс точности: 1.0;

Внутреннее сопротивление: не более 3 кОм;

Длина шкалы: 100 мм;

Время успокоения подвижной части: не более 3 с;

Габаритные размеры: 120 х 105 х 75 мм;

Масса: 0.5 кг;

Наработка на отказ: не менее 27500 ч;

Средний срок службы: не менее 6 лет;

Прибор соответствует ТУ 25-04.3618-78.

 

Описание операционного усилителя КР140УД26.

КР140УД26 – широкополосный прецизионный усилитель со сверхнизким значением выходного напряжения шума и высоким коэффициентом усиления напряжения. Внутренняя частотная коррекция отсутствует. Предназначен для построения малошумящих широкополосных систем с большим коэффициентом усиления. Корпус типа 2108.8-1.

При балансировке микросхемы с помощью потенциометра с номиналом
10 кОм ± 20 % температурный коэффициент напряжения смещения не изменяется.

 

Электрические параметры при U_п = ± 15 В ± 10 %, R_н = 2 кОм, T = 25 ^oC:

Максимальное выходное напряжение: не менее ± 12 В;

Напряжение смещения нуля: не более ± 30 мкВ;

Входной ток: не более ± 40 нА;

Ток потребления: не более ± 4.7 мА;

Разность входных токов: не более ± 35 нА;

Коэффициент усиления напряжения: не менее 10⁶;

Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений: не менее 114дБ;

Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения: не более 10 мкв/В;

Частота единичного усиления: не менее 20 МГц;

Скорость нарастания выходного напряжения: не менее 11 В/мкс.

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания: ± (13.5…16.5) В;

Входное синфазное напряжение: не более ± 10 В;

Сопротивление нагрузки: не менее 2 кОм;

Температура окружающей среды: –10…+70 ^oC.
Описание аналогового перемножителя сигналов КР525ПС2А.

Микросхема КР525ПС2А представляет собой четырехквадрантный аналоговый перемножитель сигналов с операционным усилителем на выходе. Содержит 62 интегральных элемента, корпус типа 201.14-1, масса не более 1

 

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания: ± 15 В ± 10 %;

Выходное напряжение: не менее ± 10.5 В;

Остаточное напряжение по входу X: не более 80 мВ;

Остаточное напряжение по входу Y: не более 60 мВ;

Ток потребления: не более ± 6 мА;

Входной ток по входам X и Y: не более 4 мкА;

Коэффициент влияния нестабильности источников питания на погрешность перемножения: не более 0.5 %;

Нелинейность перемножения по входу X: не более ± 0.8 %;

Нелинейность перемножения по входу Y: не более ± 0.5 %;

Полоса пропускания по входам X и Y: не менее 0.7 МГц;

Погрешность перемножения: не более ± 1 %;

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Максимальное входное напряжение по входам X, Y, Z: ± 10 В;

Минимальное сопротивление нагрузки: 2 кОм;

Максимальная ёмкость нагрузки: 100 пФ;

Температура окружающей среды: –45…+85 ^oC.

Схемы подключения логометров к внешней цепи