Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
232 8. Вторичные измерительные приборы
На фиг. 8.21 изображены графики температурной зависи мости дрейфа напряжений, измеренной на выходе двух усили
телей постоянного напряжения с |
коэффициентами |
усиления |
|||||
|
У- = 100 при замкнутой |
||||||
|
цепи отрицательной обрат |
||||||
|
ной связи. Переключатель |
||||||
|
входного |
делителя |
был |
||||
|
установлен в положение 1. |
||||||
|
Измерения проводились в |
||||||
|
диапазоне |
температур |
|||||
|
—10... +50°С. |
|
|
|
|||
|
Если аппроксимировать |
||||||
|
полученные при измерени |
||||||
|
ях кривые отрезками пря |
||||||
|
мых |
линий (показанных |
|||||
|
на фиг. 8.21 пунктиром), |
||||||
|
то приведенный |
ко |
входу |
||||
|
дрейф |
нулевого |
|
уровня |
|||
|
составит |
|
|
|
|
|
|
|
D ■■ |
АДд р |
11мВ |
|
|||
|
и_Л0 |
100 X 25°С |
|
||||
|
|
|
|||||
|
= |
4,4 |
мкВ/°С. (8.35) |
||||
|
Прибор |
№ 002 |
особенно |
||||
|
хорошо |
(с |
точки |
зрения |
|||
|
дрейфа) выдерживает тем |
||||||
|
пературу + 5 ...+30°С. Са |
||||||
|
мый большой дрейф нуля, |
||||||
|
измеренный у других эк |
||||||
|
земпляров |
прибора, |
не |
||||
|
превышал 10 мкВ/°С. |
|
|||||
|
В заключение рассмот |
||||||
|
рим значение температур |
||||||
|
ного дрейфа нуля в тех |
||||||
Фиг. 8.21. Кривые температурного дрейфа |
нике измерений. В прин |
||||||
ципе дрейф приводит к по |
|||||||
выходного напряжения усилителя постоян |
грешностям измерений, по |
||||||
ного тока, измеренные в двух приборах |
|||||||
HLA111. |
этому перед каждым изме |
||||||
|
рением |
(в |
нашем |
случае |
|||
резистором RiT на фиг. 8.20) устанавливают исходную нулевую точку (переключатель входного делителя должен находиться при этом в положении 1 или 7). В большинстве случаев это неудобно. Относительная погрешность усилителя F, обусловленная измене нием окружающей температуры АО, определится из выражения
г, |
ДАО |
ДАО |
h<- |
|
|
8.3. Приборы с усилителями |
233 |
где ие— напряжение на входе усилителя, приложенное к точкам
е — f |
(см. фиг. 8.20.). |
|
10 |
||
Если коэффициент усиления устанавливается равным и_ = |
|||||
с тем, |
чтобы |
усилить |
входное напряжение 0 е = 100 мВ |
до |
|
уА = |
1 |
В (тензорезистор на входе и цифровой вольтметр |
на |
||
1 мВ ... 1 В на выходе прибора НLА 111), то при максимальном |
|||||
дрейфе |
нуля |
D — 10 |
мкВ/°С и при Д0 = 10°С относительная |
||
погрешность составит F = 0,1%. Как следует из формулы (8.36), с уменьшением входного сигнала Ие относительная погрешность F возрастает. При необходимости получить более низкий дрейф время выбега надо выбрать по крайней мере равным од ному часу.
8.3.3.3. Характеристики усилителя с отрицательной обратной связью
Рассматриваемый усилитель охвачен сильной отрицательной обратной связью и представляет собой неинвертированное уси
лительное устройство. |
Выходное |
напряжение усилителя |
через |
||||||
делитель, состоящий из потен |
|
|
|||||||
циометра |
/?26 |
И реЗИСТОрОВ /?21 |
|
|
|||||
и R22, подается на его инверс |
|
|
|||||||
ный вход, в то |
время |
как |
на |
|
|
||||
прямой вход поступает измеря |
|
|
|||||||
емый |
сигнал. |
|
Отрицательная |
|
|
||||
обратная |
связь |
обеспечивает |
|
|
|||||
высокое входное и низкое вы |
|
|
|||||||
ходное сопротивление |
усили |
|
|
||||||
теля. На фиг. 8.22 изображена |
|
|
|||||||
схема замещения операционно |
|
|
|||||||
го усилителя |
с |
отрицательной |
Фиг. 8.22. Схема замещения операци |
||||||
обратной |
связью, у |
которого |
онного усилителя. |
|
|||||
входные |
(е — f) |
и |
выходные |
|
|
||||
(g — А) |
зажимы соответствуют одноименным точкам усили |
||||||||
теля |
на |
фиг. |
8.20, |
причем |
Ra — R2 1 , Rb — R2 0 и Rc = |
R2 & и |
|||
R d = |
R 2 2 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим коэффициент усиления v' = Ua/Ui данного уси лителя, что позволит нам сделать дальнейшие выводы. Для упрощения примем, что Ze = 0 0 , Za — 0, т. е. U0= Ua. В случае идеального операционного усилителя имеем
U a = v ( U i - U 2).
В соответствии со схемой фиг. 8.22 напряжение, поступающее по цепи обратной связи на инверсный вход усилителя, можно принять равным
и 2 = и.а *«+*,+V
234 8. Вторичные измерительные приборы
Из двух последних выражений следует, что
U |
|
|
(8.37) |
1 + |
Ха |
xc + xd |
|
|
|
||
|
|
+ |
|
где v —дифференциальный коэффициент усиления при разомк нутой цепи обратной связи. Коэффициент v должен быть как можно большим по сравнению с желаемым усилением v', т. е. v v'. При соблюдении этого условия выражение (8.37) при обретает вид
o' ~ 1 + |
■ |
(8.38) |
|
**а |
|
Таким образом, коэффициент усиления v' зависит только от отношения указанных сопротивлений и их стабильности (рези сторы должны обладать малым температурным коэффициен том). В рассматриваемом случае сопротивление потенциометра Rc равно 10 кОм, что позволяет регулировать коэффициент уси ления v' в пределах от 10 до 130. Сопротивления Ra и Rd опре деляются расчетным путем. Сопротивление Rb должно быть та ким, чтобы сопротивление инверсного входа соответствовало значению сопротивления эквивалентного генератора Rreu.
В результате дифференцирования выражения (8.37) при
получаем
d o ' |
{За |
d (Xe+ R a) |
dRa |
+ |
o' do |
(8.39) |
|
xc + xd |
R „ |
||||||
|
(1 + Р ) ( о + 1 + Р ) |
|
|
|
В рассматриваемом случае (3=10 ... 130, v = 1500... 4000,
поэтому дробный множитель, стоящий перед суммой в квадрат ных скобках, можно приближенно принять равным единице. После этого последнее выражение примет вид
Д а' |
4 X c + |
xd) + ЛЯ* |
До |
(8.40) |
|
|
|
||
о' |
xc + |
xd |
О |
|
Нас здесь в первую очередь интересует влияние температуры на коэффициент усиления. Запишем следующее выражение:
| At’'/о' | |
V' | Д о/о ! |
|
Д6 |
11'Ч +*,1+ 1г'/Ч 1+ V ” Д0 • |
(8.41) |
8.4 Приборы для отсчета и регистрации |
235 |
Примем, что ТК сопротивления в цепи обратной |
связи |
равен |
|||
25-10~6/°С. Далее положим |
|
|
|
|
|
|
130 |
|
0,0865; |
|
|
|
1500 |
|
|
||
|
|
|
|
||
на основании исследовании известно, что |
|
|
|||
Av/v |
— 0,12%/°С. |
|
|
||
де |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
В соответствии с указанными значениями получим |
|
|
|||
~ 25 • 10~6 /°С + 25 • 10'6 /°С + 0,0865 X |
|
|
|||
|
|
X 1200 • 10"6/°С ~ |
0,015% /°С. |
||
Отсюда следует, что благодаря действию обратной связи |
|||||
температурная нестабильность коэффициента усиления |
даже |
||||
при самых неблагоприятных условиях уменьшается примерно |
|||||
на порядок по сравнению со случаем усилителя без обратной связи. Из выражений (8.39) и (8.40) видно, что изменения коэф фициента усиления, обусловленные другими причинами, напри мер колебаниями питающего напряжения, уменьшаются в отно шении v'/v. Использование обратной связи обеспечивает также линеаризацию передаточной характеристики усилителя. Типич ным для усилителя с сильной обратной связью является то, что при насыщении его амплитудная характеристика резко изги бается в сторону постоянных значений.
8.4.Приборы для отсчета
ирегистрации результатов измерений
Для отсчета и регистрации измерительных сигналов в изме рительных устройствах с полупроводниковыми ИП в зависи мости от поставленных требований могут использоваться раз личные приборы и инструменты. К безусилительным измери тельным устройствам для отсчета результатов измерений (си гналов напряжения) могут подключаться любые измерительные приборы непосредственной оценки, у которых полное отклонение
указателя |
по |
шкале |
соответствует входному |
напряжению |
|
Uа = |
100 |
мВ, |
а входное сопротивление Re равно |
1 кОм. Если |
|
предел |
отсчета |
прибора |
(полное отклонение его указателя) ле |
||
жит ниже 100 мВ, к прибору подключают добавочные сопротив ления, образующие делитель напряжения, что обеспечивает (при уменьшении чувствительности) полное отклонение указа теля прибора при поступлении на его вход напряжения, равного 100 мВ. При этом соответствующим выбором отношений доба вочных сопротивлений показывающего прибора легко можно