Генераторы синусоидальных колебаний на основе моста Вина: устройство, принцип работы, особенности фазосдвигающих цепей, расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь представлена на рис.1.
Рис.1. Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь
При использовании усилителя с последовательной отрицательной обратной связью его фазовый сдвиг равен 
, таким образом, и фазосдвигающая цепь на частоте генерации должна давать фазовый сдвиг, равный , это и есть последовательно-параллельная цепочка. Найдём передаточную функцию этой цепи. В окончательном виде она имеет вид:
,
где 
, 
, 
. Переходя к комплексному коэффициенту передачи, можно получить:
.
Из последнего выражения видно, что нулевой фазовый сдвиг этой цепи будет на частоте 
, при которой действительная часть знаменателя равна нулю:
, 
.
Подставляя найденное значение в 
, можно получить модуль комплексного коэффициента передачи:
.
Для простоты расчётов и реализации обычно задают 
, 
. При таком условии коэффициент передачи на частоте равен
.
Таким образом, для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы коэффициент усиления неинвертирующего усилителя был равен 3. Схема генератора с такой фазосдвигающей цепью представлена на рис.2.
Рис.2. Генератор с последовательно-параллельной R, С-цепью
Важным отличием рассмотренной схемы является возможность перестройки частоты двумя элементами, как правило, сдвоенным потенциометром 
. Условия баланса фаз и амплитуд при этом не изменяются. Этими причинами обусловлено широкое распространение последовательно-параллельной фазосдвигающей цепи при построении генераторов синусоидальных колебаний. Иногда генераторы с этой цепью называются генераторами на основе моста Вина.
|
|
|
Рис.3. Мост Вина – а), генератор на мосте Вина – б)
Мост Вина (см. рис.3а) используется для измерения частоты. Он состоит из двух ветвей: реактивной (последовательно-параллельной , 
-цепочки) и пассивной (2 
- ). На диагональ питания подаётся входное напряжение 
. В измерительной диагонали, при выбранном соотношении резисторов пассивной ветви, будет нулевое напряжение только в том случае, если частота входного напряжения соответствует значению 
, где 
. Действительно, находя напряжение в измерительной диагонали 
, имеем 
.
На частоте 
. На рис.3б видно, что мост Вина в генераторе запитывается выходным напряжением, а на частоте генерации за счёт значительного коэффициента усиления операционного усилителя напряжение 
. Таким образом, можно считать рассмотренный генератор генератором на основе моста Вина.
Структурная схема информационного преобразователя переменного напряжения: состав и назначение элементов, описание их работы, область применения.
|
|
|
В практике промышленной электроники значительная часть датчиков работает от 
. Как правило, это ёмкостные датчики, резистивные и электромагнитные.
При воздействии измеряемой величины в них изменяется либо сопротивление, либо ёмкость, либо индуктивность, либо коэффициент взаимной индуктивности. Для отмеченных датчиков можно составить обобщённую схему информационного преобразователя.
В схеме приняты следующие обозначения:
Пр. 
– преобразователь напряжение-ток,предназначен для формирования унифицированного выходного сигнала в виде тока.
ФУН – формирователь управляющего напряжения, предназначен для синхронизации сигналов управления ФЧВ с напряжением питания датчика;
Г – предназначен для питания датчика переменным синусоидальным напряжением;
Ус – предварительный усилитель, предназначенный для приведения сигнала к нужному уровню;
ФЧВ – фазочувствительный выпрямитель,предназначен для выделения полезного выходного сигнала из выходного напряжения датчика.
Функциональная схема работает следующим образом.Генератор синусоидального напряжения Г вырабатывает напряжение необходимое для питания датчика переменного тока Д. Усилитель Ус усиливает выходное напряжение Д до необходимого уровня. Это напряжение поступает на фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, в котором с учетом требуемого фазового сдвига происходит выделение полезной составляющей выходного сигнала Д. Фильтр нижних частот ФНЧ и преобразователь напряжение-ток формирует унифицированный выходной ток,необходимый для передачи информации на значительные расстояния.
|
|
|
Резистивные датчики: назначение, область применения. Мостовая измерительная схема для резистивных датчиков, вывод расчётных соотношений выходного напряжения от изменения электрического сопротивления резистивного датчика.
Датчики физических величин на основе резистивных чувствительных элементов, т.е. резистивные датчики, являются, пожалуй, наиболее распространёнными. В данных датчиках измеряемая физическая величина преобразуется в изменение электрического сопротивления. Задача измерительной цепи заключается в преобразовании значения электрического сопротивления в электрический сигнал – напряжение или ток.
В связи с разнообразием резистивных датчиков и различными областями их применения различаются и измерительные схемы для них. В случаях, когда измеряемая физическая величина приводит к небольшому изменению электрического сопротивления, используются, так называемые, мостовые схемы.
|
|
|
На рис. 1 изображена мостовая схема для резистивного датчика.
Рис.1. Мостовая схема для резистивного датчика 
В данной схеме физическая величина f воздействует на резистивный элемент , изменяя его сопротивление таким образом, чтобы 
, где 
пропорционально воздействию физической величины 
, а 
– относительное изменение сопротивления . В данной схеме различают питающую диагональ – точки с, d и измерительную диагональ – точки а, b. Сопротивления 
, , 
, 
– плечи моста: , и , – смежные плечи моста, , и , – противоположные плечи моста. Выходным напряжением схемы является разность напряжения в измерительной диагонали 
. В общем виде при условии холостого хода в измерительной диагонали можно найти:
; 
,
соответственно, 
будет равно:
.
Обычно мостовая схема строится исходя из следующих соотношений:
, 
.
Тогда, 
или 
.
Из последнего выражения видно, что выходное напряжение зависит от относительного изменения сопротивления резистивного элемента , однако, это изменение нелинейно, в знаменателе присутствует слагаемое с . Кроме того, нелинейность проявляется тем меньше, чем больше отношение 
, называемое отношением моста, но при этом уменьшается чувствительность. Обычно для обеспечения приемлемых требований по чувствительности и нелинейности используют отношение моста равным 1, т. е. 
. При этом выходное напряжение имеет вид: 
.
Нелинейность мостовой схемы можно оценить следующим образом. Поскольку относительное изменение под действием преобразуемой физической величины много меньше единицы, то с точностью до величины второго порядка малости 
выражение для выходного напряжения можно записать в следующем виде: 
.
Второе слагаемое в круглых скобках как раз и характеризует нелинейность. Например, если изменение 
, то нелинейность преобразования будет равна 
, а выходной сигнал, например, при питании схемы десятью вольтами, 
, будет равен: 
.
Зачастую такого напряжения оказывается недостаточно для дальнейшего преобразования физической величины. Увеличивать чувствительность за счёт увеличения напряжения питания 
, как правило, не удаётся, поскольку при этом в резистивном чувствительном элементе увеличивается рассеиваемая электрическая мощность, что может привести к нарушению его метрологических и эксплуатационных характеристик.
Кроме невысокой чувствительности и нелинейности преобразования в мостовых схемах имеется ещё один недостаток – это конечное выходное сопротивление. Для схемы, представленной на рис. 1 
равно
или с учётом отношения моста, равного 1,
.
Для устранения перечисленных недостатков используются мостовые схемы с использованием операционных усилителей – активные мостовые схемы.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 331; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!