3.1.1 Требования к конструкции иу
Для питания инструментального усилителя по паспорту использован стабильное напряжение постоянного тока. Шум на контактах питания может негативно повлиять на производительность. Для снижения наводок необходимо поставить шунтирующий конденсатор 0,1 мкФ (см. рисунок 3.1) как можно ближе к каждому выводу питания усилителя. Длина конденсатора должна быть минимальной, поэтому используются конденсаторы для поверхностного монтажа [15,16].
Для уменьшения паразитных индуктивностей полезно при конструировании минимизировать длину заземления.
Рисунок 3.1 — Развязки питания, REF, а выход называемый местного земля
3.1.2 Разработка входной части измерительных усилителей
Снизить влияние высокочастотных помех можно путем введения в схему фильтра (см. рисунок 3.2). Первый - (R1-C1, R2-C3) предназначен для ослабления высокочастотных синфазных сигналов. Его эффективная работа обеспечивается в случае, если R1=R2 и C1=C3. Величина отклонения емкостей конденсаторов C1 и С3 от номинального значения не должна превышать ±5%, а сопротивлений резисторов R1 и R2 - ±1%.
Рисунок 3.2.— Схема подключение фильтра к входным цепям инструментального усилителя
Второй фильтр (R1-C2-R2) предназначен для ослабления дифференциального напряжения, возникшего из синфазного в результате возможного рассогласования элементовR1-R2 иC1-C3 [17]. Для этого, емкость конденсатораC2должна значительно превышать величины емкостей конденсаторовC1 иC3.
3.1.3 Выбор и расчет активного фильтра 2-го порядок
В измерительной аппаратуре преимущественное применение находят активные фильтры. Аналоговые активные фильтры на основе ОУ подключают к выходу инструментального усилителя для выделения постоянной составляющей выходного напряжения, нейтрализации помех и улучшения качества сигнала. Для этого используются фильтры низких частот (ФНЧ) с крутым срезом, которые пропускают полезные сигналы, а высокочастотные сигналы не пропускают на выход.
Выбор ОУ для ФНЧ второго порядка.
Для ФНЧ второго порядка используется высокоточный (прецизионный) операционный усилитель типа ОР07.
Схема активного ФНЧ второго порядка которого показана на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 — ФНЧ второго порядка
Расчет фильтра нижных частот с полосой рабочих частот от постоянного тока до 5 Гц или 50 Гц.
Принимаем
=1,
,
,
ц,
,
;
,
;
Полоса ФНЧ второго порядка
регулируется с помощью конденсатора
Для каждого полоса найдем значение
конденсаторов
:
Когда
Когда f=5Гц;
=
;
тогда
;
Когда f=50Гц;
=
тогда
.
3.2 Описания схемы электрической принципиальной
Схема разработанного ИУ приведена на рисунке 3.4. Первый каскад представляет собой усилитель с регулируемым усилением, устанавливаемым резистором R3. На входе каскада установлен фильтрация для снижение влияние помех с верхней частотой 50 Гц. Регулировка полосы пропускания ИУ производится ФНЧ 2-го порядка на основе ОУ ОР07. С помощью конденсаторов С4, С7 и С6, С5 полоса рабочих частот устанавливается равной 5 Гц или 50 Гц (переключается с помощью переключателя S2). Для питания усилителя использован стабилизированный двухполярный сетевой источник питания.
Рисунок 1 – Принципиальная схема ИУ.R1=R2=4.02 кОм R3=51 Ом; R4=511 Ом; R5=R6= R7=3.3 кОм; С1=С2=0,8мкФ;С3=8мкФ;С4=30мкФ; С*5=3мкФ; С6=0,3мкФ;С7=3мкФ.