Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 76
Скачиваний: 0
214 8. Вторичные измерительные приборы
|
|
|
8.2.3, |
Основные характеристики |
|
|
|
|||
Питающее |
напряжение |
мостовой схемы |
USp = 3,5 |
... 7В |
|
|||||
ИП |
|
|
|
|
|
|
с электронной |
ста |
||
|
|
|
|
|
|
|
билизацией |
|
||
Ток питания |
|
|
|
|
< 1 5 0 мА |
|
|
|||
Схема включения ИП |
|
|
В полный |
мост или |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
полумост |
|
|
|
Дрейф нулевого уровня полумостовой схемы: |
|
|
|
|||||||
|
|
—^ |
= |
т 177е,-Г /С 2[ < 0,4- 10~5 град-1 |
|
|
||||
|
(AU — дрейф выходного напряжения моста) |
|
||||||||
Компенсирующее напряжение |
—100 ... 0... -j-100 мВ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с электронной |
ста |
||
Выходное напряжение (номинальное зна |
билизацией |
|
||||||||
100 мВ |
|
|
|
|||||||
чение) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рабочий |
диапазон |
частот |
устройства |
|
|
|
|
|||
(без ИП и указателя) при сопротивле |
|
|
|
|
||||||
нии моста |
120 Ом |
|
|
|
0 ... 50 |
кГц |
|
|||
Напряжение шумов на выходе каждого |
|
|
|
|
||||||
канального блока, измеренное при под |
й < 4 0 мкВ |
|
||||||||
ключенном ИП |
|
|
|
|
|
|||||
Основная погрешность при механической |
|
|
|
|
||||||
градуировке (без учета погрешности ука |
|
|
|
|
||||||
зателя) |
|
|
|
|
|
<0,02% |
|
от предела |
||
Дрейф напряжения питания моста и ком |
|
|
|
|
||||||
пенсирующего напряжения |
|
|
|
|
|
|||||
при |
изменении |
сетевого |
напряжения |
< 0, 1% |
|
|
|
|||
на |
10% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
изменении |
температуры на 10° С |
<0,2% |
(обычно |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,1%) |
|
|
|
Входное сопротивление при подключен |
^ 1 кОм |
|
|
|
||||||
ном указателе или регистраторе |
|
|
|
|||||||
Питающая сеть |
|
|
|
|
220 В (+22 В ,—33 В), |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
50 . . . 60 или 400 Гц |
|||
8.2. Безусилительные приборы |
215 |
8.2.4. Схема стабилизации |
|
Напряжения постоянного тока, необходимые для питания и уравновешивания, обеспечиваются двумя независимыми источ никами с электронными стабилизаторами, построенными но одинаковым схемам.
Схема стабилизированного источника питания моста приве дена на фиг. 8.11. Все операции обеспечиваются одним регу лятором. Напряжение питания моста (напряжение на зажимах питания моста, которое подводится к регулятору измеритель ными проводами F\ и сравнивается в дифференциальном усилителе (транзисторы Т2 и ТЗ) с опорным напряжением Vо.
Фиг. 8.11. Принципиальная схема стабилизированного источника питания.
Si. S 2 —провода питающей линии; F lt F 2 — провода измерительной линии; R —сопротивление нагрузки (мостовой схемы ИП).
Разностный сигнал, образующийся на выходе дифференциаль ного усилителя, управляет транзисторами Т1—Т4, изменяя со противление их цепи таким образом, что разностный сигнал сводится к нулю. Опорное напряжение формируется стабили троном Gr5. Стабилитрон Gr3 обеспечивает предварительную ста билизацию и независимость источника опорного напряжения от колебаний регулируемого напряжения питания моста. Стабили зация коллекторного напряжения дифференциального усили теля, образованного суммой напряжений питания моста и ста билитрона Gre, обеспечивается стабилитроном Gri.
Диод Gr9 находится в схеме стабилизатора напряжения пи тания и совместно с резистором Ru служит для ограничения тока и защиты схемы при коротком замыкании на выходе источнику.
216 |
8. |
Вторичные измерительные приборы |
|
Описанная схема стабилизатора может быть преобразована |
|
в эквивалентную |
мостовую схему (фиг. 8.12). С учетом сопро |
|
тивлений проводов питающей Rls и измерительной Rlf линий схема на фиг. 8.12 преобразуется в схему фиг. 8.13.
При протекании тока питания моста IsP через сопротивление Rls на нем образуется падение напряжения, достигающее 1 В. Тогда Usp < U*sP и температурные изменения сопротивлений Re или Rls (медь изменяет свое сопротивление на 10% при изме нении окружающей температуры на каждые 25 °С) приводят к изменению USP, если провода Ff и F2 измерительной линии подключены к клеммам источника Usp■ Кроме того, в этом слу чае становится невозможной электрическая градуировка. При соединение проводов F\ и F2 непосредственно к зажимам Re, как показано на фиг. 8.13, позволяет устранить указанный недо статок.
|
|
Rls/2 |
|
|
fc/2 |
|
|
§L|| |
|
|
5 t; |
|
|
-e-jsg |
|
|
Rlf/2 |
|
|
«Ь/2 |
Фиг. 8.12. Схема источника |
Фиг. 8.13. |
Схема мостового ИП |
питания моста. |
с учетом питающих линий. |
|
ДУ—дифференциальный усилитель. |
# 3— сопротивление калибровочного делителя; |
|
|
ДУ—дифференциальный усилитель. |
|
В то время как напряжение источника питания путем грубой (переключателем) и точной, плавной (с помощью спирального потенциометра Pi) регулировок может устанавливаться в пре делах от 3,5 до 7 В (непрерывно), напряжение для компенси рующей схемы остается постоянным и составляет ~ 4 В. Огра ничения тока при этом не требуется.
8.2.5. Нестабильность напряжения питания
Из анализа приведенных схем следует, что изменение напря жения питания UsP обусловлено рядом факторов, в том числе:
1)нестабильностью опорного напряжения Uo',
2)изменением входного напряжения Ue усилителя постоян
ного напряжения; 3) несимметричностью дифференциального усилителя;
|
8.2. Безусилительные приборы |
217 |
4) |
изменением отношения сопротивлений Ri и |
R2‘, |
5) |
изменением нагрузочного сопротивления Re. |
|
Первые три фактора зависят как от входного напряжения, |
||
так и |
от температуры, а последние два — только |
от темпера |
туры. Ниже все перечисленные факторы рассматриваются под робнее, причем сопротивления Rь R2 и Re вначале предпола гаются постоянными.
8.2.5.1. Нестабильность опорного напряжения
Простейшая параметрическая схема стабилизации на крем ниевом стабилитроне с балластным сопротивлением обеспечи вает получение выходного опорного напряжения с температур ным коэффициентом | ТКи\ ^ 2 -10-5 град-1.
Вследствие того что динамическое сопротивление стабили трона т1 конечно, изменения тока, протекающего через стаби литрон, приводят к нестабильности опорного напряжения:
А£/0 = Л/0г1. |
(8.30) |
Чтобы уменьшить указанное влияние тока, применяется предварительная стабилизация питания основного опорного
Фиг, 8.14. Схема источника опорного напряжения.
стабилитрона. Для этого используется двухкаскадная схема ста билизации с дополнительным стабилитроном D2, как показано
на фиг. 8.14 (или Gr3 |
на фиг. |
8.11). |
|
|
|
|
Коэффициент стабилизации |
в соответствии со схемой на |
|||||
фиг. 8.14 определяется выражением |
|
|
|
|||
|
|
& U 0f U 0 |
1 |
|
|
(8.31) |
|
|
&U2/U2 |
S1S2 ’ |
|
|
|
где |
|
|
|
|
||
1 __ &и0/Ц0 |
г, |
и, |
|
|
||
|
|
(8.32) |
||||
|
•SI |
ЛU i/U i |
R qi -f- г i |
Uq ’ |
|
|
|
|
|
||||
1 |
Л Е / \ / U \ |
U 2 r y |
T J r r . j r |
,_________ Г 2 |
U 2 |
(8.33) |
S 2 — |
A U JU 2 |
— RV2 |
|
Rv2 + |
r2 -Щ |
|
|
|
|||||
В этих выражениях гх и г2 — динамические сопротивления стабилитронов Dj и D2; Ryeпл — их тепловое сопротивление; ТКи — температурные коэффициенты напряжения стабилизации.
218 |
8. Вторичные измерительные приборы |
Первое слагаемое правой части выражения (8.33) учитывает температурный коэффициент стабилитрона D2. При изменении входного напряжения U2 изменяется сила тока, протекающего через диод, вследствие чего изменяются мощность рассеивания и тепловое сопротивление стабилитрона, что приводит в конеч ном итоге к соответствующему изменению напряжения на нем. В выражении (8.32) подобный член отсутствует, так как для опорного стабилитрона можно принять UqTKuq ~ 0.
Задавшись параметрами
-4- = |
2,75 • 10-2> |
«ь2 |
= 8,5 • |
102, |
|
c>i |
|
|
|
|
|
что в соответствии |
с |
(8.31) |
составит |
величину, равную |
|
^—2,4 -10-3, получим, |
что |
при изменении входного напряжения |
|||
{Ь.И21И2 = 10%) колебания опорного напряжения составят при мерно 0,024%.
При учете температурной зависимости необходимо принять
во внимание также и дополнительный |
стабилитрон |
(D2 на |
||||||
фиг. 8.14). |
|
|
|
|
|
|
|
|
При максимальном значении |
|
|
|
|
|
|
||
ДU\ |
I 0 т-. |
—1 д AU\!U\ |
, |
г- |
• |
1 л —4 |
|
—1 |
|
+8мВ • град |
А — |
= + |
5 ,7 |
10 |
град |
||
и коэффициенте стабилизации Si изменение опорного напря жения, обусловленное изменением Uit составит
’bU 0/U0 |
= |
1,56-10 |
5 град |
*. |
|
“ Т е |
|
||||
|
|
|
|
|
|
При этом температурное |
влияние |
на |
опорный |
элемент |
|
с Т г / sgl+ 2 - 10~5 град-1 |
таково, что |
соответственные |
измене |
||
ния опорного напряжения составят |
|
|
|
||
ТКио^ |
+ |
3,5- 10“ 5 |
град-1. |
|
|
8.2.5.2. Влияние дифференциального усилителя
Температурная зависимость. Как известно, температурную нестабильность транзисторного усилительного каскада в основ ном определяют зависящие от температуры изменения напряже ния база—эмиттер и обратного коллекторного тока транзистора.
Дифференциальной схемой включения пары транзисторов (Т2 и ТЗ на фиг. 8.11) при одинаковых температурных условиях