2. MĚŘICÍ ZESILOVAČE A PŘEVODNÍKY

2. MĚŘICÍ ZESILOVAČE A PŘEVODNÍKY Senzor představuje vstupní blok měřicího řetězce. Snímá sledovanou veličinu a převádí ji na veličinu měronosnou, nejčastěji analogový elektrický signál. Výstupem aktivního senzoru je nejčastěji přímo napětí (termočlánek, fotodioda, indukční senzor), informace je obsažena v amplitudě, frekvenci nebo střídě. Tyto senzory nepotřebují napájení. U pasivních senzorů se nejčastěji mění impedance. Její změna se vhodným zapojením převádí na elektrický signál vhodný k přenosu a dalšímu zpracování – nejčastěji napětí, proud, kmitočet. Pasivní senzory potřebují napájení. Oběma typům senzorů je společná zpravidla relativně malá změna elektrické veličiny se změnou sledované fyzikální veličiny a příslušnou elektrickou veličinu je třeba zesílit.

Praha & EU: Investujeme do Vaší budoucnosti Evropský sociální fond

1

Měřicí zesilovače Požadavky: a) Definované zesílení, vstupní a výstupní impedance: 1.

A = U2/U1

Zvst → ∞ nebo definovaná Zvýst → 0 (zdroj napětí)

2.

A = I2/U1

Zvst → ∞ nebo definovaná Zvýst → ∞ (zdroj proudu)

3.

A = U2/I1

Zvst → 0 nebo definovaná Zvýst → 0 (zdroj napětí)

4.

A = I2/I1

Zvst → 0 nebo definovaná Zvýst → ∞ (zdroj proudu)

zesilovač napětí zdroj proudu řízený napětím

převodník proud/napětí zesilovač proudu

b) Stejnosměrný zesilovač: Minimální vstup. nesymetrii resp. její drift (∆Ucc, ∆t, ∆T) c) Střídavý zesilovač: Konstantní zesílení v definovaném kmitočtovém pásmu, minimální fázový posuv. Praha & EU: Investujeme do Vaší budoucnosti Evropský sociální fond

2

Stabilizace zesílení zápornou zpětnou vazbou U1-kU2

U1

U2

A→∞

U 2 = A (U 1 − kU 2 ) ⇒ AZV =

kU2

k≤1

pro

A→∞

⇒

AZV =

U2 A = U 1 1 + kA

1 k

Ideální operační zesilovač (OZ) I1P U1+

UD

I1N

Unap

+

AUUD

U výst UD

, AU → ∞ ⇒ U D = 0

I1P = I1 N = 0

Uvýst

-

AU =

Unap

U1Skutečný operační zesilovač

I 1P ≠ I 1 N ≠ 0

existují nenulové klidové proudy

A U ≈ 10 4 ÷ 10 7

zesílení není nekonečné

UD = 0 ⇔ / U2 = 0

existuje vstupní napěťová nesymetrie – ofset


3

Neinvertující zesilovač

(R3) U1 R1

R2

+

U2

UR1

U2 R = 1+ 2 U1 R1

Rvst → ∞ , Rvýst = 0 ( Rvst = R3 )

Invertující zesilovač

I1 =

I2 I1 R1 U1

-

R2

U1 U = − I2 = − 2 R1 R2

U2 R = − 2 U1 R1

+ U2

R vst =

U1 = − U 2

R1 R2

U1 = R1 , R výst = 0 I1


4

Převodník proud → napětí

I2

I1

-

I1 = − I 2 = −

R2

+

R vst =

U2

U1 = 0 , R výst = 0 I1

Převodník napětí → proud a) invertující

I 2 = I R1 =

b) neinvertující

+ I2

I1 U1

R1

-

I2

RZ

U1

+ U I 2 = − I1 = − 1 R1

R vst = R1 ;

-

RZ

UR1

U2 R2

IR1

U R1 U 1 = R1 R1

Rvst → ∞

Rvýst → ∞

R1

R výst → ∞

Nevýhodou obou takto řešených zdrojů proudu je nutnost „plovoucí zátěže“


5

Invertující zesilovač s reálným OZ

R2

I1 R1 U1

I1N

I2

+

UD0

U1 = − U2

R1 U2 R2

Pomocí superpozice lze odvodit:

U2 = −

⎛ R ⎞ R2 U1 ± I1N R2 ± U D 0 ⎜⎜1 + 2 ⎟⎟ R1 R1 ⎠ ⎝

U1 = −

⎛ R1 R ⎞ U 2 ± I1N R1 ± U D 0 ⎜⎜1 + 1 ⎟⎟ R2 ⎝ R2 ⎠

odtud


6

Převodníky střední hodnoty - Neřízené usměrňovače (aktivní) invertující

i2 ir2

R2

u1

+

u1

R1

u2

R1

=

ir2

R2

R1

U 1,stř

neinvertující

+

U 1,ef 1,11 R1

= I 2 ,stř ; R1 =

i2(t)

FILTR

U 1,ef 1,11 I 2 ,stř

=

AČP

U 1,ef

1,11 (U 2 ,stř R2 )

ir2(t)

t

t

u2

i2

FILTR

AČP

U 1,stř = U R1,stř = U 1,ef 1,11 = I 2 ,stř R1 R1 =

U 1,ef 1,11 I 2 ,stř

=

U 1,ef

1,11 (U 2 ,stř R2 )

Poznámka: Obě zapojení vyžadují tzv. „plovoucí zátěž“. Má-li být zátěž uzemněna, musí být použit rozdílový zesilovač nebo usměrňovač se dvěma OZ.


7

Převodníky pro měření součtu a rozdílu I1

R R U1

I2

R2

R

IN

R U2 +

UN

I

+

U0 sčítač napětí

R U 0 = − R2 I = − 2 R

U0 sčítač proudů N

N

∑U i =1

i

U 0 = − RI = − R ∑ I i i =1

Pozn.: Vstupní napětí lze váhovat různými vstupními odpory. Praha & EU: Investujeme do Vaší budoucnosti Evropský sociální fond

8

R I1

R U1 + U1

R U2

UB

R

UA

IO UO

UO

I2

U2

U −UB U1 − U B ; =− O R R U UB = UA = 2 2

U U U1 − 2 = −U O + 2 2 2 U O = U 2 − U1 U U U1 − 2 = −U O + 2 2 2 U O = U 2 − U1

UO = k1U1 + k2U2 a)

IO = k1I1 + k2I2 b)

a) pro součet napětí lze použít měřicí transformátory napětí, (k1, k2 – převod transformátoru) b) pro součet proudů lze použít měřicí transformátory proudu (k1, k2 – převod transformátoru)

Poznámka: Změnou orientace jednoho z vinutí odpovídá výstupní napětí (proud) rozdílu vstupních napětí (proudů)


9

Integrační zesilovač - elektronický integrátor (invertující)

IC i1

u1

R

i1 =

C

u1 du = − iC = − C C R dt

+

t

u2

1 1 u 2 (t1 ) = ∫ iC (t ) dt + U 2 (t0 ) = C0 t

1 1 = u1 (t ) dt + U 2 (t0 ) RC ∫0

Pozn.: u2 = uc


10

X38EMC – P3

6

X38EMC – P3

12

2. MĚŘICÍ ZESILOVAČE A PŘEVODNÍKY

Recommend Documents