Разделы сайта

Разработка электрической принципиальной схемы измерительной части прибора

Электролитические сенсоры и на выходе выдают очень слабый аналоговый сигнал, порядка нескольких десятков наноампер, поэтому требуется усиление этого тока. Для этих целей подойдут дифференциальные усилители с большим коэффициентом усиления, но истинный коэффициент определяется схемотехническим видом ОУ и петлей ООС. К тому же их ток потребления чрезвычайно мал, а входы усилителя тока не потребляют. Схема включения датчиков с инвертирующим ОУ приведена на рисунке 7.3.[14].

Рисунок 7.3 - Схема усилителя для датчиков газа

Резисторы R5 и R4, устанавливаемые между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения. Так как ОУ имеет емкостную нагрузку, то последняя вместе с выходным сопротивлением усилителя образует инерционное звено, которое дает дополнительный фазовый сдвиг выходного напряжения. Все это уменьшает запас по фазе, и схема усилителя может самовозбудиться уже при незначительной величине нагрузочной емкости.

Для устранения этого явления в цепь обратной связи включается дополнительный конденсатор С1, С2 и С3. В этом случае обратная связь представляет собой интегродифференцирующее фазо-опережающее звено, создающее в окрестности частоты среза положительный фазовый сдвиг, компенсирующий запаздывание, вносимое емкостью нагрузки.[15].

Основные критерии для параметрического поиска ОУ: предельно малые значения смещения нуля, входного тока и дрейфа нуля, низкое энергопотребление и низкий уровень шума.

Таким характеристикам удовлетворяют прецизионные и низковольтные ОУ, такие как AD707, MAX4289, КР140УД12, К140УД14А, 140УД24. Окончательно был выбран ОУ MAX4289, имеющий ультранизкий уровень напряжения с малым потребляемым током, что делает MAX4289 идеальным для применения в системах с автономным питанием, даже от одного щелочного элемента. Также ОУ имеет широкий диапазон входного синфазного сигнала, и размах выходного сигнала, который практически равен диапазону напряжения питания, что позволяет использовать почти всю энергию питания в выходном сигнале.

Отличительные особенности:

- Низкое рабочее напряжение: гарантировано от 1.0 В до 5.5 В;

- Диапазон входных сигналов: от 0 до (VCC - 0.2 В);

- Ультранизкое энергопотребление: 9 мкА (типичное);

- Оптимизирован для работы с источником питания из одного элемента;

- Совместимость с однополярными источниками питания 3.0 В и 5.0 В;

- Низкое напряжение смещения: 0.2 мВ;

- Низкий входной ток смещения: 5 нА;

- Высокий коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи: 90 дБ;

- Выходной уровень сигнала питания и выходное сопротивление 5 кОм;

- Выпускается в миниатюрном корпусе 6-Pin SOT23 (3x3мм).

В схеме подключения ОУ с датчиками значения сопротивлений RG и RL подбираются для каждого сенсора индивидуально. Заявленная производителем величина RL нагрузки для любого датчика выбирается из диапазона 10-47 Ом. Для всех цепей примем его за 10 Ом, в целях удобства расчетов. В ОУ резисторы RG и RL образуют делитель, падении напряжения на резисторе RG равняется Uвых, а падение напряжения на RL равно Uвх. Тогда можно записать:

, (7.2)

или коэффициент усиления по напряжению:

, откуда (7.3)

. (7.4)

Uвх можно определить исходя из максимальной концентрации газа и чувствительности датчика:

Uвх=макс. концентр. газа (ppm) * чувствительность (нА/ppm).

Окончательно формула выглядит так:

. (7.5)

Пример для расчета датчика угарного газа CO-AE:

макс.концентр.газа (ppm)= 100.000, чувствительность (нА/ppm)= 20, тогда

25 кОм.

Аналогичные расчеты проведем и для других преобразователей, после чего занесем их в таблицы характеристик сенсоров, приведенные в приложении Б.

Самое читаемое:

Диагностика и ремонт СВ-передатчика
Провести ремонт радиоэлектронного изделия, значит восстановить его работоспособность. Чтобы провести ремонт необходимо определить является ли изделие ремонтопригодным. При ремонте узлы изделия могут быть заменены полностью или частично. После проведения замены элементов в ремонтируемом изделии необходимо провести регулировки и наст ...