12.12 Пример расчета погрешностей измерительного упт

Рассмотрим пример расчета масштабирующего инвертирующего УПТ, предназначенного для усиления сигнала датчика тока (шунт со шкалой выходного напряжения 75 мВ) до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя со шкалой входного аналогового сигнала 10 В (рис. 12.21).

Таким образом, коэффициент усиления УПТ должен быть равен

.

Выбраны особостабильные резисторы ОС С2-29В(А) класса точности 0,1% номиналом R1=750 Ом, R2=100 кОм.

При этом мощность, выделяющаяся на резисторе R2 при В, незначительна и составляет

мВт.

Казалось бы, для уменьшения температурной погрешности от входного тока ОУ желательно работать с меньшими значениями сопротивлений (например, R1=75 Ом, R2=10 кОм). Однако тогда на резисторе R2 рассеивалась бы мощность 10 мВт, вызывая его некоторый разогрев относительно R1 и снижение температурной нестабильности К_ОС.

Относительная погрешность К_ОС за счет возможного отклонения от выбранной величины сопротивлений R1 и R2

Так как технологический разброс резисторов от номинальных значений может быть разным по знаку, в расчете на худший случай погрешности и должны по модулю суммироваться. Однако совпадение предельных значений погрешностей маловероятно (погрешности являются некоррелированными случайными величинами), и обычно результирующую погрешность определяют как

Дополнительную погрешность резисторов за счет изменения температуры окружающей среды оценим из условий (здесь ТКС – температурный коэффициент сопротивления):

при Т<20^оС;

при Т >20^оС.

Для диапазона рабочих температур от 0 до 40^оС (20^оС ± ΔТ) дополнительная погрешность резисторов составит или0,15%. ИзменениеК_ОС за счет температурной погрешности резисторов будет примерно на порядок меньше ( и в данном случае вычитаются) и составит

Результирующую порешность К_ОС за счет резисторов оцениваем примерно в

В схеме используется прецизионный ОУ типа К140УД17А с параметрами:

Частотная коррекция ОУ не требуется.

Если балансировку нуля не производить (не ставить в схему резистор R3), сдвиг выходного напряжения при закороченном входе может достигать значения

мВ.

Если эту погрешность устранить балансировкой нуля при комнатной температуре, то смещение нуля будет определяться только дрейфом выходного напряжения

Относительная погрешность усилителя за счет дрейфа нулевого уровня составит

, или .

Относительная нестабильность коэффициента усиления ОУ по напряжению может составить ориентировочно

,

где Т_ср – средняя рабочая температура в градусах Кельвина.

Относительная нестабильность К_ОС за счет нестабильности коэффициента усиления ОУ определится выражением

.

Результирующую погрешность К_ОС за счет неидеальности ОУ оценим как

.

Суммарная погрешность К_ОС измерительного усилителя не превысит значения

.

13 Избирательные усилители

13.1 Резонансный усилитель с параллельным lc-контуром

Усилители, предназначенные для усиления сигналов в узкой полосе частот, называют избирательными. Избирательное усиление можно получить с помощью частотно-зависимой цепи (например, параллельного или последовательного -контура), включенной либо в нагрузку, либо в цепь обратной связи транзисторного усилительного каскада. Усилители с резонансными контурами иначе называют резонансными усилителями.

Избирательные усилители широко используются для усиления сигналов радиочастот (усилители высоких частот – УВЧ), при супергетеродинном приеме (усилители промежуточной частоты – УПЧ), в измерительной технике, в системах телемеханики с частотным разделением каналов.

В представленном на рис. 13.1 усилительном каскаде в цепь коллекторной нагрузки включен параллельный колебательный контур. Сопротивление контура зависит от частоты. На резонансной частоте оно имеет максимальное значениеR₀. Соответственно коэффициент усиления каскада на этой частоте максимальный и убывает при расстройке частоты в область более высоких и низких значений.

Эквивалентная схема каскада приведена на рис. 13.2. Предполагается, что в рассматриваемом диапазоне частот конденсаторы C1, C2, C3 можно считать закороченными, а частотные свойства транзистора еще не проявляются.

Резисторы R1 и R2 отображены на схеме одним эквивалентным резистором

Выходное напряжение можно определить как произведение тока h_21Эi_Б на комплексное сопротивление выходной цепи каскада Z_экв(jw) и записать коэффициент усиления каскада по напряжению в виде

, (13.1)

где ;

.

Модуль К(jw) определяет амплитудно-частотную характеристику коэффициента усиления по напряжению

, (13.2)

где – коэффициент усиления каскада на частоте резонанса.

Соотношение (13.2) легко приводится к типовому виду

, (13.3)

где – эквивалентная добротность каскада; (13.4)

–волновое сопротивление контура;

–относительная расстройка частоты.

Полосе пропускания каскада на уровне соответствует относительная расстройка частоты, откуда получаем выражение для определения добротности каскада:. Следовательно, добротность каскада можно определить экспериментально как отношение резонансной частоты к полосе пропускания (см. рис. 13.5,а).

Важной характеристикой усилителя является его избирательность, определяемая как отношение коэффициента усиления на резонансной частоте к коэффициенту усиления на заданной частоте помехи f_п

(13.5)

Добротность контурадолжна быть выше добротности каскада, рассчитанной по заданной избирательности:

,

так как контур шунтируется выходным сопротивлением транзистора и сопротивлением нагрузки.