Масштабирующий усилитель со смещением Опции

[Booleek789]

Мне необходимо получить нормированный сигнал 0..10 В на выходе при изменении входного сигнала в диапазоне 8..42 mV с помощью масштабируюшего усилителя (нормирующего преобразователя). Обычные неинвертирующие и инвертирующие усилители тут не сгодятся (т.к. при ненулевом входном сигнале на выходе должен быть 0 нулевой сигнал). Нашёл схему http://chipenable.ru/index.php/how-connect...usilitelem.html (последняя схема, масштабирующий усилитель со смещением, который позволит получить нужную мне характеристику). Попытался смоделировать в протеусе, но модель показывает не совсем верные результаты (постоянное напряжение около -9 В на выходе преобразователя).
Где может быть в схеме ошибка?

Вот схема
http://my-files.ru/kkncf2

Сообщение отредактировал Booleek789 - Sep 28 2015, 07:13

[Tanya]

Где может быть в схеме ошибка?

Схему Вашу не смотрела - нет у меня Протеуса. Но скажу...
Это обычная линейная схема (напряжение на выходе - линейная функция от входного напряжения). Только нужно очень точно организовать смещение.
Такую схему можно сделать на ОУ, но нужны будут точные резисторы. Несколько проще - на инструментальном усилителе - ИУ. Все считается на бумажке никаких симуляторов не нужно. Добавлю еще, что нужно брать прецизионные усилители с малым смещением и дрейфом.
Тема переехала.

[Александр1]

...необходимо получить нормированный сигнал 0..10 В на выходе при изменении входного сигнала в диапазоне 8..42 mV с помощью масштабируюшего усилителя (нормирующего преобразователя).

Так же не смог посмотреть в Протэусе: версия старая-давно не пользовался.
Я бы сначала усилил сигнал (1-й ОУ), а затем ввел смещение (2-й ОУ). Усиление можно распределить между ОУ. Поскольку входное напряжение очень близко к 0, то для питания ОУ я бы ввел отрицательное напряжение питания, хотя бы 3-5 В (смотря какой еще ОУ).
Потом макет-и результат на лицо.
Что касается напряжения дрейфа ОУ, то выбор ОУ следует производить в соответствии с вашей задачей (думаю это очевидно).

[Booleek789]

Tanya, Александр1, первым делом мне необходимо получить именно модель. Так всё таки, какую схему использовать?

Не знаю, сильно ли поможет разобраться, но, вот схемки из протеуса в картинках:
Uвх=2V

Uвх=5V


Эта модель составлена на основе схемы и расчетов из той статьи про масштабирующие усилители.

Сообщение отредактировал Booleek789 - Sep 28 2015, 08:51

[Tanya]

Эта модель составлена на основе схемы и расчетов из той статьи про масштабирующие усилители.

Не верится... Вы попробуйте формулы вывести сначала... и схема негодная - питание не может служить источником опроного напряжения в Вашем случае.

[iosifk]

Вот схема

Вам бы лучше взять ОУ, у которого есть вывод "земля выхода" и на него подать смещение... Тогда в одном каскаде будет и усиление и смещение нуля...

[Александр1]

Можно начать с такой схемы.
R1-может не применяться, в зависимости от источника сигнала, отключаемый или нет и т.д.
1-й ОУ усиливает на половину от требуемого, 2-й смещает уровень и усиливает в 2 раза.
Питание схемы двухполярное.
Начало такое, а дальше будет видно из макетирования или моделирования.
Номиналы брал на вскидку, так что схема не претендует на окончательную.

Сообщение отредактировал Александр1 - Sep 28 2015, 09:58

Эскизы прикрепленных изображений

 

[iosifk]

Можно начать с такой схемы.
R1-может не применяться, в зависимости от источника сигнала, отключаемый или нет и т.д.
1-й ОУ усиливает на половину от требуемого, 2-й смещает уровень и усиливает в 2 раза.
Питание схемы двухполярное.
Начало такое, а дальше будет видно из макетирования или моделирования.
Номиналы брал на вскидку, так что схема не претендует на окончательную.

Вот только в предложенной схеме смещение не будет термостабильным...
И еще. При "входного сигнала в диапазоне 8..42 mV" - это что? Какое выходное сопротивление источника сигнала? Откуда берется сигнал? Терморезистор? Термопара? Если они, то надо еще компенсировать температуру и нелинейность.
И что там по быстродействию? Насколько надо фильтровать шумы? Какая точность нужна? И в какой полосе частот?

[Александр1]

Вот только в предложенной схеме смещение не будет термостабильным...

О термостабильности никто и не говорит: мы не знаем какие пераметры должны быть у усилителя. Поэтому, предлагается для начала самый простой вариант.

[Plain]

инвертирующие усилители тут не сгодятся

[Booleek789]

iosifik, сигнал берётся с термопары, у которой (в первом приближении) характеристика преимущественно линейна. Всё остальное (компенсация температуры, нелинейности, быстродействие фильтрация шумов и т.д.) мне пока не требуется. Первым делом - моделирование.

Plain, удивительно, но хотелось бы задать несколько вопросов

1. Что за программа?
2. Я пытался использовать один усилитель (инвертирующий, и неинвертирующий). Проблема была в том, что в этом случае получался постоянный коэффициент усиления и характеристика проходила через начало координат (т.е. при входном сигнале 8 mV не получалось 0 V на выходе, а получался сигнал, пропорциональный (Rос/R1)*Uвх.
3. Что это за схема и как были рассчитаны параметры резисторов. Я хочу знать всё об этой схеме.

Сообщение отредактировал Booleek789 - Sep 28 2015, 11:24

[Tanya]

Первым делом - моделирование.

1. Что за программа?
2. Я пытался использовать один усилитель (инвертирующий, и неинвертирующий). Проблема была в том, что в этом случае получался постоянный коэффициент усиления и характеристика проходила через начало координат (т.е. при входном сигнале 8 mV не получалось 0 V на выходе, а получался сигнал, пропорциональный (Rос/R1)*Uвх.
3. Что это за схема и как были рассчитаны параметры резисторов. Я хочу знать всё об этой схеме.

Тут не нужно моделирование. Или только для прикидки стабильности. Это уже десятое дело.
Программа - LTSPICE (бесплатная) отсюда - http://www.linear.com/designtools/software/
3. Это один из вариантов ИУ на ОУ. Их примерно 3 - по числу используемых ОУ. Это вторая. Нужно читать какие-нибудь книги - там все написано. Например, Титце и Шенк.
Вам проще всего взять специализированные усилители для термопар. Например, от AD - http://www.analog.com/en/products/amplifie...amplifiers.html

[Plain]

Что это за схема и как были рассчитаны

Это два инвертирующих усилителя, Ваша цитата о непригодности которых её предваряют.

R3 / R1 = 10 В / (42 мВ – 8 мВ) = 294 кОм / 1 кОм

R2 / R1 = 15 В / 8 мВ = 1875 кОм / 1 кОм

Итого, на выходе первого ОУ получился сигнал 0...–10 В. Инвертируем его вторым усилителем:

R5 / R4 = 10 В / 10 В = 100 кОм / 100 кОм

[iosifk]

iosifik, сигнал берётся с термопары, у которой (в первом приближении) характеристика преимущественно линейна. Всё остальное (компенсация температуры, нелинейности, быстродействие фильтрация шумов и т.д.) мне пока не требуется. Первым делом - моделирование.

Термопару вообще-то включают в мост. И нем же медная катушка. Если линеаризация не требуется, то и 0-10 В не получите никогда, если точность требуется лучше 10%... Или говоря другими словами такая схема будет работать только как усилитель для "стабилизатора температуры"... А не как измерительное средство...

[Booleek789]

iosifk, это в дальнейшем, пока мне требуется просто нормировать сигнал с термопары. В дальнейшем схема будет дополняться.

[controller_m30]

Как быстро найти усилитель с выводами установки 0.
Есть микросхемы, которые в стандартном 8-выводном корпусе содержат только один усилитель, так вот, очень часто, в них из внутренней схемы наружу выведены ещё две ножки, для подключения резистора смещения 0.

Например усилители TL061, 071, 081 (1 усилок в корпусе 8-DIP) - имеют такие выводы. А TL062, 072, 082 (2 усилка в 8-DIP) - уже без выводов смещения. Также OP193 (1 усилитель в корпусе) имеет выводы смещения 0, а OP293 (тоже самое, только 2шт в корпусе) - уже без этих выводов. И так далее.

В библиотеке Протеуса микросхема TL071 смоделирована правильно - в ней есть ножки для установки 0. А OP193 почему-то приведены без этих ножек, хотя в настоящей микросхеме они есть. Так что Протеус не всегда правильно моделирует микросхемы.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[iosifk]

iosifk, это в дальнейшем, пока мне требуется просто нормировать сигнал с термопары. В дальнейшем схема будет дополняться.

Вообще-то так в аналоговой технике не делается. Сначала пишутся цифры задания, а под них делается схема. Или же потом идет многократное изменение 100% схемы...
При каждом пожелании сделать измерение в 2 раза точнее последует полная переделка схемы.
И Вам надо посмотреть у Аналога микросхемы сбора данных. Они как раз для таких дел и предназначены. На одни входы термопара, на другие - компенсатор спая. Там же внутри и схемы сдвига, да и программируемые усилители...

[controller_m30]

Кстати! В схеме из Протеуса выложенной в первом посте этой темы - батарейка BAT3 служащая источником +10В - включена обратной полярностью.
Реальный усилитель сгорел бы давно, а "модельный" просто переключился в инверсный режим, и выдаёт на выходе напряжение обратной полярности -9В.

Исправленный вариант: http://my-files.ru/do82cc

Сообщение отредактировал controller_m30 - Sep 28 2015, 15:00

[Booleek789]

controller_m30, так схема всё равно не работает, выдаёт постоянно +5В на выходе при изменении напряжения входного 2..4 В.

Plain, а не могли бы Вы объяснить работу схемы, засчёт чего реализуется смещение и т.д?
Tanya, спасибо за книгу, постараюсь почитать.

[controller_m30]

Нашёл ещё одно - сам усилитель был запитан наоброт. Теперь работает. Те кто делал библиотеку, вывели ногу питания V+ вниз символа усилителя, а ногу V- вверх. Отсюда путаница. Потому что интуитивно ожидается, что внизу выводится GND питания или V-.

http://my-files.ru/cqy9kz

Статья по измерительной цепи с использованием усилителя: http://easyelectronics.ru/izmeritelnye-cepi.html
Просто по усилителям: http://easyelectronics.ru/operacionnyj-usilitel.html

Сообщение отредактировал controller_m30 - Sep 28 2015, 17:46

[Tanya]

Tanya, спасибо за книгу, постараюсь почитать.

Судя по Вашим постам, полагаю, что это первое, что Вы должны делать. Иначе ни симуляторы, ни чужие схемы не помогут.