При включении моста в цепь 0 °C (рис. 2.4,б) изменение выходного сигнала от изменения сопротивления резистора определяется линейной зависимостью Uвых = — (ΔR/2R)E. Эта зависимость показана прямой 2 на рис. 2.4,в.
Линейный мост с ОУ.
Схема моста показана на рис. 2/5. Для получения линейной зависимости выходного сигнала от изменения сопротивления резистора моста, который собран на R1-R4, применяется 0 °C. Эта связь осуществляется первым усилителем, выходной сигнал которого меняет ток, протекающий по цепи R1, R2. Уравнение для первого ОУ:
Uвых1/Е = R2/R1 — (R2 + R1) R4/(R3 + R4)R1 при R3 = R4∙Uвых/E = [R2/R1 — 1]/2.
Отсюда следует, что Uвых прямо пропорционально изменению R2.
Для второго ОУ (DA2) необходимо иметь на выходе нуль при коэффициенте усиления K = R6/R5. Для этого следует выполнить условие E/Uвых = R6/R5. Тогда 2/K = (R2/R1) — 1 или R1 = R2K/(К + 2).
Погрешности измерительного моста.
Для питания моста используется выходное напряжение интегральной микросхемы. Измерительным элементом является резистор R5. При изменении сопротивления резистора R5 происходит рассогласование моста. Напряжение рассогласования усиливается интегральной микросхемой и вновь подается на мост. Эта цепь является цепью 0 °C. Чувствительность схемы зависит от коэффициента усиления усилителя и его входных токов. С учетом коэффициента усиления усилителя баланс места возможен при сопротивлении резистора R5, определяемом следующим выражением:
где R'5 = R1(R6 + R4α)/[R2 + R4(1 — α)]; α — коэффициент подстройки резистора R4, изменяемый от 0 до 1.
Для ОУ К153УД1 с К = 2*104 отклонение R5 от R'6 будет составлять 0,02 %. Влияние разности входного тока усилителя можно оценить выражением
поскольку выполняется условие равенства сопротивлений на входах ОУ, то
В связи с тем, что на входах схемы стоят резисторы с сопротивлением меньше 1 кОм, то при разностном токе 0,3 мкА погрешность будет менее 0,1 %. Для стабилизации работы ОУ к нему необходимо подключить следующие элементы: между выводами 5 и 6 С = 220 пФ, между 1 и 8 — последовательную цепочку К = 1,5 кОм, С = 100 пФ. Описанная схема представлена на рис. 2.6.
Неуравновешенный мост.
В уравновешенных мостах выходное напряжение при изменении сопротивлений плеч является нелинейной зависимостью. Для уравновешивания моста необходимо поддерживать постоянным ток через резисторы R3-R5. Тогда Uaб = ΔRR2/(R1 + R2) = KΔR. Стабилизация тока осуществляется посредством сигналов рассогласования ОУ. К выходу усилителя подключен эмиттерный повторитель, который обеспечивает необходимый ток моста (рис. 2.7).
2. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ
Каскадное включение потенциометров.
При каскадном включении нескольких потенциометров приходится уделять внимание влиянию одного потенциометра на другой. Транзисторная схема включения потенциометров позволяет избавиться от этого влияния. С помощью цепочки VD1, К3 в базе транзистора (рис. 2.8) устанавливается определенный потенциал, который влияет на протекающий через транзистор ток.
Точное значение коллекторного тока устанавливается потенциометром R1. Максимальное значение этого тока определяется резистором R2. Для указанных на схеме номиналов резисторов максимальный ток равен 10 мА, а минимальный ток — 1 мА. При максимальном токе напряжение в коллекторе равно 10 В, а при минимальном токе — 1 В. В результате на потенциометре R5 напряжение меняется от 0,1 до 1 В. Выходное напряжение схемы стабилизировано и не зависит от номинала входного источника питания, если оно превышает 15 В.
Потенциометр с квадратичной характеристикой.
Выходное напряжение, которое снимается с потенциометра, изменяется по квадратичному закону в зависимости от угла поворота подвижного контакта. Напряжение меняется от 0,16 до 8,5 В. Точность установки выходного напряжения выше 1 % (рис. 2.9).
Сопротивление полевого транзистора.
Сопротивление полевого транзистора меняется в зависимости от напряжения на затворе. Вид функции fc = f(Ucn) показан на рис. 2.10,а. Эта зависимость нелинейна. Включение двух резисторов в цепь ОС выравнивает характеристики полевого транзистора (ряс. 2.10,б). Сопротивления используемых резисторов зависят от типа полевого транзистора.