Основные мостовые схемы и их работа

September 27, 2013 by admin Комментировать »

Эта глава посвящена мостовым схемам, которые часто применяются с измерительными усилителями. Основные методы проверки и поиска неисправностей в подобных устройствах рассмотрены в главе 6.

В табл. 4.1 приведены характеристики ряда прецизионных измерительных усилителей, а в табл. 4.2 и 4.3 – краткие сведения о преимуществах и недостатках наиболее известных схем согласования для мостов постоянного тока. Характеристики, перечисленные в табл. 4.1-4.3, например коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), более подробно описаны в главе 6. Отметим, что в схемах этой главы звездочкой обозначены пленочные резисторы с точностью 1% (если не указано иное).

Мостовой измерительный усилитель

На рис. 4.1 показана схема измерительного усилителя с 350-омным мостовым датчиком. Специальный тензометрический датчик давления типа BLH/DHF-350 обеспечивает выходное напряжение 3 мВ на каждый вольт напряжения питания моста. Опорное напряжение (10 В), вырабатываемое микросхемой LT1021, через буферный повторитель, выполненный на ИС AlA и A2, подается для питания мостовой схемы, а также на отдельный выход и может быть использовано в качестве опоры аналого-цифрового преобразователя для получения результата измерения в виде относительной (процентной) величины (см. главу 9). Усилитель АЗ (с коэффициентом усиления 100) выделяет разностный сигнал моста и подает его на дополнительный усилитель AlB с регулируемым в небольших пределах усилением. Схему на рис. 4.1 можно откалибровать таким образом, чтобы уровень сигнала на выходе был равен точно 10 В при давлении, соответствующем максимуму выбранной шкалы. Чтобы подстроить схему, вначале при нулевом давлении регулировкой «Нуль» (переменный резистор 10 кОм) добейтесь нулевого значения сигнала на выходе. Затем установите максимальное значение давления и регулировкой «Усиление» (переменный резистор 1 кОм) – получите требуемое максимальное значение выходного напряжения. Повторяйте эти процедуры до тех пор, пока не зафиксируете обе точки отсчета. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 5.)

Параметр

LTC1100

LTC1101

LTC1102

LTC1043

(с использованием усилителя LTC1050)

Напряжение смещения нуля

10 мкВ

160 мкВ

500 мкВ

0,5 мкВ

Дрейф напряжения смещения нуля

100 нВ^С

2 мкВ^С

2.5 мкВАС

50 нВАС

Токсмещения

50nA

8 нА

50 пА

10 пА

Шум (0,1-10 Гц)

2 мкВ (размах)

0,9 мкВ

2,8 мкВ

1,8 мкВ

Коэффициент

усиления

100

10,1

10,1

Программируемое

сопротивление

Разброс K^

0,03%

0,03%

0,05%

Возможное значение = 0,001%

(ограничено

сопротивлением)

Дрейф коэффициента усиления

0,000004^C

0,000004^C

0.000005ГС

Возможное значение < 0,000001^C (ограничено сопротивлением)

Нелинейность

усиления

0,000008

0,000008

0,00001

Возможное значение =

= 0,000001 (ограничено сопротивлением)

Коэффициент ослабления синфазного сигнала

104дБ

100 дБ

ЮОдБ

160дБ

Источник питания

Одно- или двухполярное, в сумме не более 18 В

Одно- или двухполярное, в сумме неболее 18 В

Двухполярное, всумме не более 44 В

Одно- или двухполярное, в сумме не более 18 В

Ток потребления

2,2 мА

105 мкА

5 мА

2 мА

Максимальная 1,5 В/мкс скорость нарастания выходного напряжения

0,07 В/мкс

25 В/мкс

1 мВ/мс

Ширина полосы пропускания

8 кГц

33 кГц

220 кГц

10 Гц

Мостовой датчик давления c цепью автоматического регулирования

На рис. 4.2 показан вариант уменьшения напряжения синфазной ошибки мостового датчика. ИС A1 управляет транзистором Q1, который удерживает напряжение в средней точке моста равным нулю во всем диапазоне рабочих режимов. 350-омный резистивный мост с напряжением питания 10 В в сочетании с усилителем A1 обеспечивает возможность установки стабильной рабочей точки, что позволяет устранить синфазное напряжение ошибки даже при однопроводном подключении измерительного усилителя. (См. «Linear Technology», AppUcation Note 43, p. 5.)

Малошумящий мостовой усилитель с подавлением синфазных сигналов

На рис. 4.3 показана схема, отличающаяся от изображенной на рис. 4.2 использованием малошумящих биполярных усилителей. Она обладает несколько большим дрейфом напряжения сдвига и более низким уровнем шумов. Такая схема

оптимальна в случаях, когда необходимо получить высокую разрешающую способность при измерении малых, медленно меняющихся величин. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 6.)

Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием

На рис. 4.4 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.3, но в ней Al – усилитель co стабилизацией прерыванием, что позволяет уменьшить напряжение

Таблица 4.3. Дополнительные варианты схем согласования для мостов постоянного тока

Рис. 4.1. Измерительный усилитель с мостовым датчиком давления

Рис.4.2

Мостовойдатчик давления с целью автоматического регулирования

Рис4.3

Малошумящий мостовой усилитель с подавлением синфазных сигнолов

сдвига. С помощью усилителя Al измеряется ошибка по постоянному току на входах усилителя A2, и полученный таким образом сигнал подается в качестве напряжения смещения на второй вход усилителя Al, чтобы снизить напряжение сдвига на выходе схемы до нескольких микровольт. Усилитель A2 подключен таким образом, что система стабилизации всегда работает в пределах линейного участка регулировочной характеристики. Конденсатор емкостью 0,01 мкФ ограничивает полосу пропускания усилителя Al областью низких частот, в то время как усилитель A2 обеспечивает обработку высокочастотной части спектра поступающего сигнала. Подача напряжения обратной связи с выхода усилителя A2 в среднюю точку моста позволяет устранить влияние усилителя A4 на напряжение сдвига. В противном случае пришлось бы применить подобную петлю коррекции напряжения сдвига для усилителя A4. В целом схема имеет дрейф нуля менее 0,05 мкВ/°С,

Рис. 4.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием

уровень шумов – 1 нВ/Гц|/2 и коэффициент ослабления синфазного сигнала, превышающий 160 дБ. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 6.)

Мостовой усилитель с одним источником питания и подавлением синфазных сигналов

На рис. 4.5 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.4, но с одним источником питания. В ней используется преобразователь положительного напряжения в отрицательное (LTC1044), который смещает вход усилителя A1 и связанную с ним среднюю точку моста к уровню 0 В. Эта петля местной обратной связи позволяет усилителю A2 даже при однопроводном подключении выделить разностный сигнал мостовой схемы. Применение резистивно-емкостного фильтра с сопротивлением 100 кОм и емкостью 0,33 мкФ позволяет минимизировать шумы. Коэффициент усиления A2 устанавливается в соответствии с используемой измерительной шкалой. Так как питание на мостовую схему поступает от стабилизированного источника опорного напряжения, выполненного на микросхеме LT1034, выход усилителя A2 не подвержен влиянию колебаний напряжения питания. Несмотря на то что напряжение питание схемы равно 5 В, напряжение, подаваемое на мост, составляет всего 2,4 В. Такое малое напряжение питания моста

Рис. 4.5. Мостовой усилитель с одним источником литания и подавлением синфазных сигналов

приводит к снижению величины разностного сигнала и соответственно к увеличению ошибок за счет дрейфа нуля усилителя A2. Предел снижения напряжения питания моста определяется выходным сопротивлением КМОП ИС LTC1044. Использован датчик давления типа BLH/DHF-350. Выводы обозначены буквами в кружках. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 7.)

Рис. 4.6. Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью и одним источником питания

Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью и одним источником питания

На рис. 4.6 показана схема, подобная изображенной на рис. 4.5, но обладающая более высокой разрешающей способностью. В ней используется интегральный преобразователь положительного напряжения в отрицательное типа LT1054, имеющий, по сравнению с предыдущим, малое выходное сопротивление. При этом разность потенциалов на мостовой схеме может достигать 8 В, что требует от LT1054 тока 24 мА, хотя эта ИС способна обеспечивать ток нагрузки до 100 мА. Такой вариант позволяет более эффективно использовать схему и приводит к увеличению соотношения сигнал/шум. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 7.)

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты