Расчет и анализ работы схемы приема сигнала с датчика.

1.1. С учетом предложенного в табл. 11.1 задания дома при подготовке к занятию разработайте и рассчитайте схему усилителя. Подготовьте и схему модели датчика.

 

Таблица 11.1

№	Датчик	E	Диапазон изменения	Чувствительность	Диапазон на выходе
1	SS 19	4 В	±100 гс	1,2 мВ/гс	±4 В
2	HEL -700	5 В	–10…+120 ºC	3,7 Ом / ºC	±2 В
3	ADXL 103	5 В	±0,5g	1 В/g	(0…+4) В
4	SS 19	5 В	(–100…+200) гс	1,0 мВ/гс	(– 4…0) В
5	HEL -700	4 В	–100…+150 ºC	3,7 Ом/ ºC	±3 В
6	AD 22100	5 В	–10…+50 ºC	0,25 В при –50°C, +4,75 В при +150°C	(–3…+3) В
7	AD 590	5 В	(–15…+40) ºC	1мкА/ºC	±2,5 В
8	HEL -700	3 В	–10…+200 ºC	3,7Ом/ ºC	±5 В
9	ADXL 103	5 В	±1,2g	1В/g	(–5…5) В
10	AD 22100	5 В	–20…+60 ºC	0,25 В при –50 °C, +4,75 В  при +150 °C	(–2…+3) В

 

Датчики HEL -700 имеют при температуре 0 ºC сопротивление 1000 Ом и при росте температуры их сопротивление линейно растет. Датчики AD 590 формируют ток при напряжении питания величиной
в (4…30) В, который линейно изменяется с изменением температуры
в диапазоне от –55 до 150 ºC на величину 1 мкА/ºC, причем для 25 ºC ток датчика равен 298,2 мкА.

1.2. Смоделируйте разработанную схему на компьютере. Наблюдая на экране модели осциллографа выходной сигнал датчика и сигнал на выходе усилителя, убедитесь в работоспособности схемы, т.е. необходимо проверить: перекрывает ли выходной сигнал схемы заданный диапазон напряжений? Если есть необходимость контролировать входной ток, то можно последовательно с резистором, имитирующим датчик, включить преобразователь «ток-напряжение». На выходе преобразователя с учетом масштабного коэффициента преобразования можно контролировать ток. В отчет поместите схему модели, осциллограммы и пояснения с результатами измерений.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое операционный усилитель?

2. Что такое обратная связь?

3. Какими свойствами обладает отрицательная обратная связь?

4. Сколько входов у операционного усилителя, и чем они отличаются?

5. Рассчитайте для датчика AD 590 границы изменения тока при изменении температуры от –20 до +60 ºC.

6. Что такое датчик?

7. Какие электрические сигналы могут формироваться аналоговыми датчиками?

8. Каковы правила расчета линейных схем на ОУ?

9. Какие резисторы в предложенных усилителях меняют масштаб и положение нуля, и что это значит?

10. Рассчитайте для датчика ADXL 103 границы выходного напряжения при питании 5 В и изменении ускорения от –0,5g до +1g.

11. Рассчитайте для датчика SS 19 при питании +5 В границы
выходного напряжения при питании 5 В и изменении поля от –100
до +150 гс.

12. Рассчитайте для датчика HEL -700 границы сопротивления при изменении температуры от –20до +60 ºC.

13. Рассчитайте для датчика AD 22100 границы выходных напряжений при изменении температуры от –20 до +60 ºC.

14. Объясните предложенные в описании работы формулы и выражения и принципы работы предложенных схем.

Лабораторная работа № 12

Изучение схемных решений и свойств
пассивных и активных фильтров

 

Цель работы: изучение простейших схемных решений пассивных и активных фильтров и их параметров.

 

 

Общие сведения

1. Для выделения полезного сигнала, для спектрального преобразования сигналов традиционно используют всевозможные фильтры. Пассивные фильтры строятся с использованием резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Поскольку в них отсутствуют усилители сигналов, они имеют коэффициент передачи обычно не более единицы и не могут быть нагружены на сколь-либо существенную нагрузку. Подлежащие анализу схемные решения пассивных фильтров предложены на рис. 12.1.

 

                                  а)                                            б)

 

Рис. 12.1. Схемные решения пассивных фильтров

 

Особенностью моста Вина (см. рис. 12.1, а) является то, что при
R 1 = R 2 = R, C 1 = C 2 = C на частоте  его коэффициент передачи оказывается максимальным и равен 1/3. Фазовый сдвиг при этом равен нулю. При разных параметрах резисторов и конденсаторов справедливо .

Двойной Т-образный мост (см. рис. 12.1, б) обладает подавляющим свойством на частоте , т.е. на этой частоте его коэффициент передачи близок к нулю.

Эти решения пассивных фильтров находят широкое применение и как составная часть активных фильтров. Активные фильтры строятся с использованием операционных усилителей, что уменьшает диапазон обрабатываемых частот в области высокой частоты, но позволяет получать при необходимости больший единицы коэффициент усиления всего фильтра, повысить нагрузочную способность и практически исключить применение индуктивностей, которые часто оказываются нетехнологичными.

На рис. 12.2 предложены возможные схемные решения активных фильтров.

 

 

                               а)                                                             б)

 

Рис. 12.2. Активные фильтры низких (а) и высоких (б) частот

        

Особенностью предложенных решений является то, что в схеме используются усилители с коэффициентом усиления, равным отношению . Коэффициент передачи каждой схемы в полосе пропускания равен k_u = 2. Граничная частота определяется из выражения . Можно заметить, что предложенные фильтры используют положительную обратную связь при подключении резисторов и конденсаторов, которые определяют полосу пропускания схемы. Это позволяет разумным выбором сопротивлений резисторов при С 1 = С 2 изменять вид амплитудно-частотной характеристики вблизи граничной частоты .

    Вариантов схемных решений активных фильтров много. Можно строить фильтры с использованием операционных усилителей и пассивных фильтров типа моста Вина или двойного T-образного моста.

 

 

Порядок выполнения работы

 

    При выполнении работы номинальные значения компонентов схем следует выбирать из табл. 12.1.

 

       Таблица 12.1

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
C 1 = C 2 = C, нФ	10	20	10	20	10	20	10	20	10	20
R 1 = R 2 = R, кОм	68	30	47	51	75	20	30	47	51	75

               

Сопротивления резисторов R 3 = R 4 = 10 кОм.