49

Санкт - Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч - Бруевича

Факультет Технологии средств связи и биомедицинской электроники (ТСС)

Кафедра Технологии электронных средств, микроэлектроники и материалов (ТиМ).

Конспект лекций доцента Алипова А.Н.

по дисциплине

«Технические измерения и измерительные приборы ».

Часть 2

(Элементная база электронных схем измерительных приборов)

Для студентов 3-го курса..

СПБ 2010 г (29.10.10)

1 Операционные усилители (оу),

1.1 Область применения ОУ

1.2 Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей

1.3 Дифференциальные усилители

1.4 Смещение, сдвиги и дрейф операционных усилителей

.Вопросы и упражнения 1.

упражнения 1.1

.упражнения 1.2

.упражнения 1.3

.упражнения 1.4

1.5 Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, скорость нарастания сигнала

Вопросы и упражнения 1. 5.

упражнения 1.5.1

упражнения 1.5. 2

2.Некоторые типовые схемы с использованием оу

2.1 Повторитель напряжения

2.2 Усилитель электрического заряда

2.3 Усилитель тока

2.4 Компаратор

2.5 Мостовая схема дифференциального усилителя

2.6 ОУ специального назначения

2.7 Шумы и борьба с ними

.Вопросы и упражнения 2

Упражнение 2.1.

Упражнение 2.2.

Упражнение 2.3.

Упражнение 2.4.

Упражнение 2.5.

3. Аналого-цифровые преобразователи

4. Микрокомпьютеры

Микропроцессор

Микроконтроллер

Микроконвертор

Память

Узлы отображения информации

Клавиатура

Последовательный интерфейс

.Вопросы и упражнения 3

6. Литература

Часть2 Элементная база электронных схем измерительных приборов

В этой части следующих лекций мы рассмотрим принципы построения некоторых основных узлов интеллектуальных сенсоров. Их принято называть "элементной базой. измерительных приборов.

В объём этого понятия входят: усилители, типовые схемы сравнения, АЦП, микрокомпьютеры, узлы взаимодействия с пользователем (клавиатура, дисплеи), внутренняя память, внешний интерфейс и т.д., – из которых и строятся интеллектуальные сенсоры.

Основное внимание в работе уделено аналоговой части схем, что касается применения цифровых элементов схем, то в работе указано только место их применения в структуре приборов.

1 Операционные усилители (оу),

Электронный усилитель - это устройство, повышающее напряжение, ток и мощность электрического сигнала за счет управ­ления током мощного источника питания., Особое место среди них занимают операционные усилители (ОУ), которые в настоящее время являются универсальными базовыми элементами для построения электронных усилителей и других аналоговых и цифро-аналоговых узлов электронной аппаратуры.

1.1 Область применения оу

ОУ имеет два входных вывода, помеченные знаками (+) и (-). Они называются дифференциальными (разносными) входными выводами, так как выходное напряжение ОУ зависит от разности этих напряжений и коэффициента усиления усилителя. На рисунке ниже показаны выводы подключения питания + V и – V; два входных вывода Е1 и Е2; и выходной вывод V_вых. . Имеются ОУ с однополярным напряжением питания (rail-to-rail).

Е_Д =Δ Е= Е2 – Е1,

Рис1. Выводы ОУ.

Перед тем как рассмотреть работу схем примем следующие условия для идеального ОУ:

1. Коэффициент усиления по напряжению К самого ОУ (без включений обратной связи) чрезвычайно большой, часто

Е_Д – дифференциальное разностное входное напряжение между Е2 и Е1 на входах (+) и (-) ОУ,

Е_Д =Δ Е= Е2 – Е1, где Откорректируйте!!!

Е1-напряжение на входе (-) ; Е2- напряжение на входе (+)

V_вых – напряжение на выходе ОУ.

2. Коэффициент К – постоянен и не зависит от частоты входного сигнала.

3. Существуют ограничения уровня выходного напряжения ±V_{насыщения}. Практически можно считать, что

+ V_{насыщения}= + V_{питания} – 2В;

– V_{насыщения}= – V_{питания} + 2В;

Например, при напряжении питания ±12В:

+ V_{насыщения}= + 10В;

– V_{насыщения}= – 10В.

4. Если ОУ работает как усилитель (а не ключ), т.е. выходной сигнал линейно меняется в пределах от + V_{насыщения} до – V_{насыщения}, то при большом К диапазон изменения входного сигнала Е_Д будет чрезвычайно мал, Е_Д ≈ 0.

Пример.

Если К =100 000, V_{питания} = ±12, то

+ V_{насыщения}= + 10В; – V_{насыщения}= – 10В, а

|Е_Дmax| = |V_{насыщения}| / К = 10В/100 000 = 10^-4 В = 0,1 мВ

Такое напряжение значительно меньше напряжения наведенных шумов сетевого фона и напряжения от токов утечки, которые могут превышать 1 мВ.

Для большинства практических целей можно считать Е_Д равным нулю. Этот вывод нетривиален, но он подтверждается практикой.

Иными словами, если V_вых не равно напряжению насыщения, то потенциал выхода (+) приблизительно равен потенциалу входа (-).

5. Ток, потребляемый этими входами ОУ пренебрежительно мал.

Применение ОУ не вызывает затруднений, если не требуется, чтобы эти устройства работали вблизи границ их расчетных параметров, т. е. отвечали требованиям идеального ОУ.