Усиление измерительного сигнала и исключение постоянной составляющей
Источники возникновения постоянной составляющей
В обобщенной схеме измерительной цепи измеряемое напряжение vm представляет собой разность потенциалов проводников vA - vB (рис. 4.12). Оно включает постоянную составляющую vMC — среднее между потенциалами vA и vB напряжение, которое не содержит полезной информации,
Можно записать, 
Напряжение vMC может превышать vm . В определенных случаях оно оказывается .неизвестным. Поэтому возникает необходимость исключения или существенного ослабления постоянной составляющей, чтобы получить и иметь возможность обработать в измерительной установке сигнал без погрешности, не зависящий от vMC.
Постоянная составляющая, обусловленная напряжением питания. Так, для моста Уитстона (рис. 4.13), состоящего из трех постоянных резисторов с сопротивлением Ro и резистивного датчика с сопротивлением , 
при 
справедливы соотношения
и 
Если, например, Es=20 В и , 
, то vMC практически равно Es/2= 10 В, а выходное напряжение моста составляет
Постоянная составляющая, обусловленная токами в общей шине. Между двумя точками цепи, соединенными с массой (общей шиной) и находящимися на некотором удалении друг от друга, существуют импеданс массы ZM (порядка
|
|
|
единиц ом) и разность потенциалов, обусловленная паразитной э. д. с. eм , основные причины возникновения которой — электромагнитные наводки промышленной частоты и циркуляция токов в различных частях монтажной схемы. Расстояние между точками присоединения к массе различных частей измерительной схемы в промышленных установках может достигать сотен метров, и поэтому разность потенциалов между ними может достигать нескольких десятков вольт.
Когда источник измерительного сигнала (ес, Rc ), присоединенный к массе в точке Мс, удален от измерительного устройства, которое присоединено к массе в точке Mi , паразитная э.д.с. e м между точками Мс и Mi, образует в измерительной цепи постоянную составляющую, смещающую выходной сигнал (см. рис. 4.14).
В точках А и В схемы замещения измерительной цепи (рис. 4.14) потенциалы равны соответственно , 
и , 
, причем если ес<ем, то постоянная составляющая, , 
, и 
Использование дифференциального усилителя
Когда выходной сигнал представляет собой разность двух сигналов измерительной схемы, то его обработку производят используя обычно дифференциальный усилитель. Типичный дифференциальный усилитель (рис. 4.15) состоит из двух усилительных каскадов — инвертирующего с усилением –A1,вход которого обозначен знаком минус, и неинвертирующего с усилением А2, вход которого обозначен знаком плюс (значения А1 и А2 должны быть по возможности равны друг другу), и сумматора выходных напряжений этих каскадов.
|
|
|
Напряжение v 0 на выходе дифференциального усилителя в функции напряжений v + и v -, приложенных соответственно к его входам + и - , определяется выражением 
или с учетом , 
и 
Коэффициент усиления разности входных напряжений (дифференциальный коэффициент усиления) равен
а коэффициент усиления постоянной составляющей
Таким образом, постоянная составляющая выходного напряжения дифференциального усилителя тем меньше, чем ближе друг к другу по абсолютному значению коэффициенты усиления
обоих каналов A 1 и А2.
Напряжение на выходе усилителя можно записать в виде
и, подставляя параметр 
, характеризующий степень оcлабления постоянной составляющей.
|
|
|
представить как 
Дифференциальный усилитель характеризуется входным импедансом Z , -между каждым входом и массой усилителя и дифференциальным импедансом Zd между двумя входами.
Паразитная э.д. с. ей в общей шине вызывает появление напряжений с»дг+ и vM - на входах усилителя («рис. 4.16), зависящих, в том числе, от сопротивлений Ru и /?« усилителя двух подводящих проводов.
Сопротивления этих проводов должны быть уравновешены, т. е. , 
, с тем чтобы напряжения vm + и vm ~ оказались равными друг другу. В противном случае, при неравенстве ом+ « Vm ~. их разность vM +— vM - будет усиливаться как дифференциальное напряжение.
Кроме того, необходимо соблюдать условия \ Zd \, 
и при fjf+=fM- и , 
и 
входные напряжения будут независимы от импедансов источника и проводов и соответственно от изменений этих импедансов.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!