Разработка измерительной части системы регулирования температуры
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ь от нелинейная, как и для любого неравновесного моста. Поэтому такая схема применяется только при малых относительных приращениях .
В схеме на рис.6, б погрешность нелинейности корректируется путём введения цепи положительной обратной связи (резистор R1).
Если принять R1= R2|| R3 и, то в этом случае зависимость Uвых от r становится линейной:
.
Мостовая схема на рис.6, в также относится к классу линейных. Ее выходное напряжение определяется выражением:
.
При нулевом выходном напряжении сопротивления на входах ОУ должны быть равны между собой.
Функциональный усилитель
Для линеаризации преобразованного сигнала термопары используем функциональный преобразователь, из которых наибольшее распространение получили диодные преобразователи.
Они представляют собой в большинстве случаев параметрические устройства, обеспечивающие кусочно-линейную аппроксимацию заданной функции, точность которой зависит от количества аппроксимирующих отрезков. Суть этого метода заключается в том, что коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи (ООС) операционного усилителя (ОУ) должен иметь несколько дискретных значений, каждое из которых соответствует определённому диапазону изменения входного сигнала, чем большее число дискретных значений может принимать коэффициент передачи ООС ОУ, тем ближе получаемая зависимость выходного напряжения от входного к заданной.
Рис. 2 Функциональные усилители с возрастающим (а) и убывающим б) коэффициентами передачи
В зависимости от места включения диодов можно получить функциональный усилитель с возрастающим (рис.2, а) либо убывающим (рис.2, б) коэффициентом передачи. Принцип работы обеих схем одинаков. При малом входном напряжении все диоды заперты и коэффициенты усиления усилителей рис. 2, а, б соответственно равны
,
При изменении входного сигнала изменяется и напряжение, приложенное к диодам. При достижении этого напряжения значения Ua диоды VD1 откроются, и коэффициенты усиления усилителей соответственно изменятся
,
При повышении напряжения до Ub откроются диоды VD2, и коэффициенты усиления усилителей примут новые значения
,
Здесь и - дифференциальные сопротивления диодов VD1 и VD2 соответственно (если сопротивления резисторов R1, R2, тАж составляют десятки килом, то дифференциальным сопротивлением диодов можно пренебречь).
Компараторы
Компаратор - электронное устройство, служащее для переключения уровня выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.
Компараторы применяются в устройствах временной задержки импульсов, для получения перепадов напряжений или импульсов малой длительности, измерения фазы синусоидальных колебаний и других цепей.
В качестве компараторов широко применяются интегральные ОУ. Большой коэффициент усиления интегрального ОУ обеспечивает установление высокого или низкого уровня входного напряжения при незначительном отличии входных напряжений, т.е. изменение уровней происходит при:
.
Компаратор напряжения с гистерезисом
При работе с компараторами могут возникнуть неприятности, проявляющиеся в том, что вместо однократного изменения уровня выходного напряжения при достижении входным напряжением порогового значения, могут иметь место быстрые колебания между уровнями выходного напряжения (ложные срабатывания), особенно в том случае, когда во входном сигнале присутствует значительный шум. При таком явлении может нарушиться нормальное функционирование некоторых типов схем. Для предотвращения ложных срабатываний применяют цепь положительной обратной связи, за счет которой часть выходного напряжения подается на неинвертирующий вход.
Такой компаратор называется компаратором с гистерезисом, его принципиальная схема показана на рис. 3.
Рис. 3 Схема компаратора с гистерезисом
Напряжение, при котором компаратор переходит из состояния с высоким уровнем сигнала в состояние с низким уровнем сигнала, называется напряжение срабатывания. А напряжение, при котором компаратор переходит из состояния с низким уровнем сигнала в состояние с высоким уровнем сигнала, называется напряжение отпускания.
Разность между напряжением срабатывания и напряжением отпускания называется шириной гистерезиса.
Для идеального операционного усилителя, имеющего одинаковые напряжения ограничения , значения пороговых напряжений срабатывания и отпускания может быть вычислено по следующим формулам:
Компаратор напряжения без гистерезиса
Рис. 4 Схема компаратора без гистерезиса
Простейшая схема компаратора на ОУ показана на рис.1. Входное напряжение подано на инвертирующий, а опорное - на неинвертирующий вход. Если , то входное напряжение ОУ и . При напряжение и . Полярность выходного напряжения изменяется при переходе входного напряжения через значение и ввиду большого значения коэффициента усиления носит ступенчатый характер.
Рис. 5 Передаточная характеристика компаратора
Передаточная характеристика такого компаратора показана на рис.2. Если поменять местами источники и или изменить их полярность, то про