Иу на основе трех ОУ (классическая схема инструментального усилителя) – достоинства схемы. Порядок расчета и моделирования в системе micro-cap.

Схема измерительного усилителя на основе трех ОУ показана на рис. 6.9.

В данной схеме потенциалы на инвертирующих входах ОУ1 и ОУ2 соответственно равны U _вх1 и U _вх2, поэтому для определения разности потенциалов и и коэффициента усиления первого каскада, можно воспользоваться эквивалентной схемой:

;

С учетом второго дифференциального усилительного каскада, реализованного на ОУ3, общий коэффициент усиления равен:

.

Достоинства схемы:

1) высокое входное сопротивление, что ведет к ослаблению влияния внутренних сопротивлений источников сигнала U _вх1 и U _вх2 на КОСС_ИУ;

2) возможна регулировка одним резистором r без влияния на КОСС_ИУ;

3) глубина ООС ОУ1 и ОУ2 одинакова и неизменна при регулировке .

В данной схеме относительный уровень синфазной составляющей сигналов U ₁ ' и U ₂ ', присутствующих на входе 2-го каскада
(на ОУ3), меньше, чем относительный уровень синфазной составляющей во входных сигналах U _вх1 и U _вх2. Для доказательства этого определим КОСС₁первого каскада на ОУ1 и ОУ2:

 

КОСС₂ второго каскада на ОУ3 определяется точностью реализации соотношения резисторов n и КОСC самого ОУ3. Требования к точности соблюдения соотношения резисторов n менее жесткие за счёт того, что синфазный сигнал на входе второго каскада имеет меньший относительный уровень, чем на входе схемы. ОУ1 и ОУ2 должны выбираться с высоким КОСC.

Смещение выходного сигнала в данной схеме можно осуществить, подавая опорный потенциал на нижний вывод резистора nR, подключенного к неинвертирующему входу ОУ3. При наличии емкостной связи между источниками сигнала и неинвертирующими входами ОУ1 и ОУ2 данные входы следует заземлить через высокоомные резисторы.

Подобная структура инструментального усилителя на трех ОУ реализована в виде гибридных ИМС: LH0036, 3630 и других. Все компоненты схемы, кроме r, встроены, а при помощи внешнего резистора r устанавливается коэффициент усиления.

- вид синфазного сигнала (помехи):

частота синфазного сигнала (помехи):

- допустимая погрешность ИУ по Kд (%):

- ограничение по входному сопротивлению ОУ:

 

1.Расчет элементов схемы:

Схема усилителя состоит из двух каскадов. Первый каскад (на DA1 и DA2) усиливает дифференциальный входной сигнал c коэффициентом K1:   K1=1+2R0/r.   Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резистора R0=R2 и r=R1 максимальным по модулю и противоположным по знаку. Второй каскад (на DA3) усиливает дифференциальный сигнал с коэффициентом K2:   K2=nR/R=n.   Следовательно, для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резисторов nR=R3 и R=R4 максимальным по модулю и противоположным по знаку.

Принимаем для второго каскада схемы усилителя коэффициент усиления дифференциального сигнала, равный 2, получим:

Задаемся значением резисторов R1 и R4:

тип: С5-53В,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС: +-10E-6 [1/град С] при tC=(-60...+70)град С

тип: С5-53В,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС: +-10E-6 [1/град С] при tC=(-60...+70)град С

 

Рассчитываем значения резисторов R2 и R3:

 

 

С учетом выбранных номиналов резисторов коэффициент усиления составит:

С учетом выбранных номиналов резисторов полезный сигнал на выходе ИУ будет равен:

 

2.1 Погрешность моделирования по выходу ИУ:

Значение полезного сигнала на выходе:

Погрешность по выходу полезного сигнала:

(%)

2.2 Погрешность моделирования по коэффициенту ослабления синфазного сигнала (КОСС):

Для определения погрешности по КОСС необходимо определить коэффициент усиления схемы по дифференциальному и по синфазному сигналу. Коэффициент усиления дифференциального сигнала находится как отношение значения выходного полезного сигнала к входному. Коэффициент усиления синфазного сигнала находится как отношение значения выходного синфазного сигнала к входному. Дифференциальный и синфазный сигнал необходимо подавать по очереди, как показано на рисунке.

коэффициент усиления диф. сигнала:

коэффициент усиления синфазного сигнала:

 

Тогда реальный КОСС схемы равен: