Ця глава присвячена мостовим схемами, які часто застосовуються з вимірювальними підсилювачами Основні методи перевірки та пошуку несправностей в подібних пристроях розглянуті в главі 6

У табл 41 наведені характеристики ряду прецизійних вимірювальних підсилювачів, а в табл 42 та 43 – короткі відомості про переваги і недоліки найбільш відомих схем узгодження для мостів постійного струму Характеристики, перераховані в табл 41-43, наприклад коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу (КОСС), більш детально описані в главі 6 Відзначимо, що в схемах цієї глави зірочкою позначені плівкові резистори з точністю 1% (якщо не вказано інше)

Мостовий вимірювальний підсилювач

На рис 41 показана схема вимірювального підсилювача з 350-омним мостовим датчиком Спеціальний тензометричний датчик тиску типу BLH/DHF-350 забезпечує вихідна напруга 3 мВ на кожен вольт напруги живлення моста Опорна напруга (10 В), що виробляється мікросхемою LT1021, через буферний повторювач, виконаний на ІС AlA і A2, подається для живлення мостової схеми, а також на окремий вихід і може бути використано в якості опори аналого-цифрового перетворювача для отримання результату вимірювання у вигляді відносної (процентної) величини (див главу 9) Підсилювач АЗ (з коефіцієнтом посилення 100) виділяє різницевий сигнал моста і подає його на додатковий підсилювач AlB з регульованим в невеликих межах посиленням Схему на рис 41 можна відкалібрувати таким чином, щоб рівень сигналу на виході дорівнював точно 10 В при тиску, відповідному максимуму обраної шкали Щоб підлаштувати схему, спочатку при нульовому тиску регулюванням «Нуль» (змінний резистор 10 кОм) добийтеся нульового значення сигналу на виході Потім встановіть максимальне значення тиску і регулюванням «Посилення» (змінний резистор 1 кОм) – отримаєте необхідну максимальне значення вихідної напруги Повторюйте ці процедури до тих пір, поки не зафіксуєте обидві точки відліку (Див «Linear Technology», Application Note 43, p 5)

Параметр

LTC1100

LTC1101

LTC1102

LTC1043

(З використанням підсилювача LTC1050)

Напруга зсуву нуля

10 мкВ

160 мкВ

500 мкВ

0,5 мкВ

Дрейф напруги зсуву нуля

100 нВ ^ З

2 мкВ ^ З

25 мкВАС

50 нВАС

Токсмещенія

50nA

8 нА

50 пА

10 пА

Шум (0,1-10 Гц)

2 мкВ (розмах)

0,9 мкВ

2,8 мкВ

1,8 мкВ

Коефіцієнт

посилення

100

10,1

10,1

Програмоване

опір

Розкид K ^

0,03%

0,03%

0,05%

Можливе значення = 0,001%

(Обмежено

опором)

Дрейф коефіцієнта посилення

0,000004^C

0,000004^C

0000005ГС

Можливе значення < 0,000001 ^ C (обмежена опором)

Нелінійність

посилення

0,000008

0,000008

0,00001

Можливе значення =

= 0,000001 (обмежена опором)

Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу

104дБ

100 дБ

ЮОдБ

160дБ

Джерело живлення

Одно-або двухполярной, в сумі не більше 18 В

Одно-або двухполярной, в сумі небільше 18 В

Двухполярной, всумме не більше 44 В

Одно-або двухполярной, в сумі не більше 18 В

Струм споживання

2,2 мА

105 мкА

5 мА

2 мА

Максимальна 1,5 В / мкс швидкість наростання вихідної напруги

0,07 В / мкс

25 В / мкс

1 мВ / мс

Ширина смуги пропускання

8 кГц

33 кГц

220 кГц

10 Гц

Мостовий датчик тиску c ланцюгом автоматичного регулювання

На рис 42 показаний варіант зменшення напруги синфазної помилки мостового датчика ІС A1 управляє транзистором Q1, який утримує напругу в середній точці моста рівним нулю у всьому діапазоні робочих режимів 350-омний резистивний міст з напругою живлення 10 В у поєднанні з підсилювачем A1 забезпечує можливість установки стабільної робочої точки, що дозволяє усунути синфазное напруга помилки навіть при Однопровідна підключенні вимірювального підсилювача (Див «Linear Technology», AppUcation Note 43, p 5)

Малошумящий мостовий підсилювач з придушенням синфазних сигналів

На рис 43 показана схема, що відрізняється від зображеного на рис 42 використанням малошумящих біполярних підсилювачів Вона володіє дещо більшим дрейфом напруги зсуву і більш низьким рівнем шумів Така схема

оптимальна у випадках, коли необхідно отримати високу роздільну здатність при вимірюванні малих, повільно мінливих величин (Див «Linear Technology», Application Note 43, p 6)

Малошумящий мостовий підсилювач зі стабілізацією перериванням

На рис 44 показана схема, аналогічна зображеної на рис 43, але в ній Al – підсилювач co стабілізацією перериванням, що дозволяє зменшити напругу

Таблиця 43 Додаткові варіанти схем погодження для мостів постійного струму

Рис 41 Вимірювальний підсилювач з мостовим датчиком тиску

Рис42

Мостовойдатчік тиску з метою автоматичного регулювання

Ріс43

Малошумящий мостовий підсилювач з придушенням синфазних сігнолов

зсуву За допомогою підсилювача Al вимірюється помилка по постійному струму на входах підсилювача A2, і отриманий таким чином сигнал подається як напруги зсуву на другий вхід підсилювача Al, щоб знизити напругу зсуву на виході схеми до декількох мікровольт Підсилювач A2 підключений таким чином, що система стабілізації завжди працює в межах лінійної ділянки регулювальної характеристики Конденсатор ємністю 0,01 мкФ обмежує смугу пропускання підсилювача Al областю низьких частот, у той час як підсилювач A2 забезпечує обробку високочастотної частини спектра сигналу, що поступає Подача напруги зворотного звязку з виходу підсилювача A2 в середню точку мосту дозволяє усунути вплив підсилювача A4 на напругу зсуву В іншому випадку довелося б застосувати подібну петлю корекції напруги зсуву для підсилювача A4 В цілому схема має дрейф нуля менше 0,05 мкВ / ° С,

Рис 44 Малошумящий мостовий підсилювач зі стабілізацією перериванням

рівень шумів – 1 нВ / Гц|/2 і коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу, що перевищує 160 дБ (Див «Linear Technology», Application Note 43, p 6)

Мостовий підсилювач з одним джерелом живлення і придушенням синфазних сигналів

На рис 45 показана схема, аналогічна зображеної на рис 44, але з одним джерелом живлення У ній використовується перетворювач позитивної напруги в негативну (LTC1044), який зміщує вхід підсилювача A1 і повязану з ним середню точку мосту до рівня 0 В Ця петля місцевої зворотного звязку дозволяє підсилювача A2 навіть при Однопровідна підключенні виділити різницевий сигнал мостової схеми Застосування резистивно-ємнісного фільтра з опором 100 кОм і ємністю 0,33 мкФ дозволяє мінімізувати шуми Коефіцієнт посилення A2 встановлюється відповідно до використовуваної вимірювальною шкалою Так як харчування на бруківку схему надходить від стабілізованого джерела опорного напруги, виконаного на мікросхемі LT1034, вихід підсилювача A2 не схильний до впливу коливань напруги живлення Незважаючи на те що напруга живлення схеми одно 5 В, напруга, що подається на міст, складає всього 2,4 В Таке мале напруга живлення моста

Рис 45 Мостовий підсилювач з одним джерелом літанія і придушенням синфазних сигналів

призводить до зниження величини разностного сигналу і відповідно до збільшення помилок за рахунок дрейфу нуля підсилювача A2 Межа зниження напруги живлення моста визначається вихідним опором КМОП ІС LTC1044 Використано датчик тиску типу BLH/DHF-350 Висновки такі літерами в гуртках (Див «Linear Technology», Application Note 43, p 7)

Рис 46 Мостовий підсилювач з високою роздільною здатністю і одним джерелом живлення

Мостовий підсилювач з високою роздільною здатністю і одним джерелом живлення

На рис 46 показана схема, подібна зображеної на рис 45, але вона володіє більш високою роздільною здатністю У ній використовується інтегральний перетворювач позитивної напруги в негативну типу LT1054, що має, в порівнянні з попереднім, мале вихідний опір При цьому різниця потенціалів на бруківці схемою може досягати 8 В, що вимагає від LT1054 струму 24 мА, хоча ця ІС здатна забезпечувати струм навантаження до 100 мА Такий варіант дозволяє більш ефективно використовувати схему і призводить до збільшення співвідношення сигнал / шум (Див «Linear Technology», Application Note 43, p 7)

Джерело: Ленк Д, 500 практичних схем на популярних ІС: Пер з англ – М: ДМК Пресс, – 44 с: Ил (Серія «Підручник»)