Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Burr-Brown/D19811103Elc052.shtml

Линеаризация датчика при помощи токового смещения

УДК 681.586

Джералд Греим (Jerald Graeme)
Фирма Burr-Brown Research Corp. (Тусон, шт. Аризона)

Jerald Graeme. Current-biased transducer linearizes its response, p.137.

При обычном мостовом включении датчики, работающие по принципу изменяемого сопротивления, имеют нелинейную зависимость в том случае, когда на них подается смещение от источника напряжения. Используя источник тока смещения на одном операционном усилителе, можно решить указанную проблему. При этом можно регулировать или совсем устранить выходное напряжение смещения нуля.

Одновременно с изменением сопротивления датчика, на который подано напряжение смещения, меняется и протекающий через него ток. Таким образом, снимаемый с датчика сигнал зависит от изменений как тока, так и напряжения и является нелинейной функцией сопротивления датчика.

Применение токового смещения вместо смещения напряжением устраняет указанную нелинейность, однако источники опорного тока более дефицитны, чем источники опорного напряжения. Операционный усилитель позволяет преобразовать для этих целей опорное напряжение в ток и одновременно получить ряд других преимуществ.

В схеме (а) преобразователь напряжение — ток используется для управления напряжением источника тока смещения и выходным напряжением смещения. Можно показать, что ток смещения датчика равен Ix= (V2—V1)/R1, где V1 и V2 — внешние управляющие напряжения. Полярность тока может быть как положительной, так и отрицательной, что позволяет получить инвертированную и неинвертированную зависимости напряжения от сопротивления датчика.


Управляемый напряжением источник тока создает смещение датчика (а) таким образом, что выходное напряжение последнего зависит только от изменений его сопротивления и, следовательно, нелинейность схемы уменьшается. Выходное напряжение смещения нуля также может быть практически устранено. В некоторых случаях может оказаться более удобной схема (б) с одним источникомопорного напряжения, которая представляет собой эквивалентный генератор (по теореме Тевенина).

Результирующий ток, протекающий через номинальное сопротивление датчика R, образует напряжение смещения нуля на выходе схемы. Одновременно управляющее напряжение V1 создает на выходе противодействующее напряжение, при этом результирующий выходной потенциал определяется выражением VOSO = = (l+R2/R1)IxR— (R2/R1)V1. Таким образом, соответствующим выбором управляющего напряжения можно скомпенсировать выходное напряжение смещения либо сделать его положительным или отрицательным.

Изменения сигнала вокруг этого уровня получаются путем изменения сопротивления датчика. При этом результирующее выходное напряжение становится равным ео = [1+R2/R1] IxΔR + VOSO. Указанная зависимость является линейной по отношению к ΔR. Помимо этого достигается усиление сигнала.

При установке коэффициента усиления резистор R2 регулируют после регулировки резистора R1, которым устанавливается ток датчика Ix. Благодаря тому что выходной сигнал снимается непосредственно с выхода усилителя, датчик не подвержен влиянию нагрузки.

Отклонения от нормального режима работы, описанного выше, вызываются главным образом неточностями резисторов и напряжений и ошибкой в установке отношения сопротивлений.

Особенную опасность представляет нарушение отношения R2:R1, поскольку в этом случае ток Ix начинает зависеть от ΔR, и тем самым в схему снова вносится нелинейность. Такое нарушение изменяет член в знаменателе выражения для Ix, так что он принимает вид (R + ΔR)/R2×(R2/R1— R'2/R'1), где R'1 и R'2 изменённые аналоги соответственно R1 и R2. Другие ошибки вызываются входными напряжениями смещения нуля в операционном усилителе. При этом отклонения выходного сигнала ео определяются выражением

где Vos, Ios и IB — входное напряжение смещения нуля, входной ток смещения нуля и ток смещения инвертирующего входа операционного усилителя соответственно. Эту ошибку можно сократить, увеличив отношение R2/Rx.

На практике не совсем удобно, а иногда и нежелательно использовать для схемы два источника опорного напряжения. Схема, показанная на рисунке (б), является эквивалентным генератором (по теореме Тевенина) схемы рис.(а) и использует одно опорное напряжение. При конкретных значениях параметров компонентов, приведенных на рисунке, усилитель развивает на выходе максимальное напряжение 1 В с нулевым напряжением сдвига нуля, работая с датчиком, сопротивление которого изменяется от 300 до 350 Ом.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 54, No.22 (627), 1981г - пер. с англ. М.: Мир, 1981, стр.67

Electronics Vol.54 No.22 November 3, 1980 A McGraw-Hill Publication

Jerald Graeme. Current-biased transducer linearizes its response, p.137.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Из опыта разработчика





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Burr-Brown/D19811103Elc052.shtml