Исследование мостовых усилителей.

Лабораторная работа № 4

Цель работы: изучение принципа действия мостовых усилителей на базе операционного усилителя.

4.1. Краткие теоретические сведения.

Дифференциальные усилители, включённые в мостовую схему и преобразующие приращение сопротивления в напряжение, называются мостовыми, и относятся к преобразователям сопротивления в напряжение. Такие усилители применяются при использовании резистивных первичных преобразователей (тензометров, термисторов и т.п.), включаемых по мостовой схеме.

Рис.4.1 Мостовой усилитель с нелинейной амплитудной характеристикой

а) б) Рис.4.2 Мостовые усилители с линейной амплитудной характеристикой

Различают мостовые усилители с нелинейной и линейной характеристиками. Схема усилителя первого типа показана на рис.4.1. Мостовая схема составлена из резисторов

и резистивного датчика

, где

– приращение сопротивления датчика в результате воздействия контролируемого параметра;

– сопротивление датчика при температуре

. В общем случае мост может состоять из комплексных сопротивлений – в зависимости от типа датчика (ёмкостного, индуктивного или чисто резистивного), а его питание осуществляться от источника

как постоянного, так и переменного тока. Выходное напряжение схемы на рис.4.1 определяется выражением:

Зависимость нелинейная, как и для любого неравновесного моста. Поэтому такая схема применяется только при малых относительных приращениях .

В схеме на рис.4.2а погрешность нелинейности корректируется путём введения цепи положительной обратной связи (резистор ). Если принять и , то в этом случае зависимость становится линейной:

Если известны сопротивления и , то используя принятые соотношения можно найти сопротивления резисторов

, и .

Схема, представленная на рис.4.2б, также относится к классу линейных схем. Её выходное напряжение определяется выражением:

При нулевом выходном напряжении сопротивления на входах ОУ должны быть равны между собой.

4.2. Порядок выполнения работы.

Для заданных диапазонов изменения выходного напряжения и сопротивления датчика и максимально допустимого тока датчика выполнить следующие задания.

Задание 1:Исследование мостового усилителя с нелинейной характеристикой

а) рассчитать напряжения источника питания моста и номинальные значения резисторов в мостовом усилителе, представленного на рис.4.1;

б) собрать схему мостового усилителя (рис.4.1);

в) изменяя сопротивление соответствующего резистора в заданном диапазоне значений, записать в таблицу значения выходного напряжения;

Изменяя сопротивление датчика обращайте внимание на протекающий через него ток.

Задание 2:Исследование мостового усилителя с линейной характеристикой

а) рассчитать напряжение источника питания моста и номинальные значения резисторов в мостовом усилителе на рис.4.2а;

б) собрать схему мостового усилителя (рис.4.2а);

в) провести измерения аналогично п. в) Задания 1.

Задание 3:Исследование мостового усилителя с датчиком в цепи обратной связи

а) рассчитать напряжение источника питания и номинальные значения резисторов в мостовом усилителе на рис.4.2б;

б) собрать схему мостового усилителя (рис.4.2б);

в) провести измерения аналогично п. в) Задания 1.

Задание 4:Обработка результатов эксперимента

а) рассчитать теоретические зависимости для исследованных схем мостовых усилителей (рис.4.1 и 4.2);

б) результаты расчётов и измерений представить в виде графиков в общей системе координат.

4.3. Контрольные вопросы.

1.Что называют мостовым усилителем?

2.Для чего используются мостовые усилители?

3.Укажите достоинства и недостатки мостовых усилителей на рис.4.1 и 4.2.

4.Объясните, за счет чего в схемах, представленных на рис.4.2, обеспечивается линейная зависимость выходного напряжения от приращения сопротивления .

5.В каких случаях целесообразно применять ту или иную схему мостового усилителя?