Мостовые преобразователи сопротивления

 

Цель работы: исследование характеристик неравновесных и равновесных мостовых схем для преобразования сопротивления в постоянное напряжение

 

Теоретическое введение

Для преобразования физической величины, измеряемой датчиками информации, в электрический сигнал широко используются мостовые схемы. На рисунке 3.1 представлена мостовая схема преобразователя активного сопротивления в электрический сигнал. Достоинством мостовой схемы является возможность изменять аддитивную составляющую выходного напряжения Uвых. Основной недостаток мостовой схемы – отсутствие общей точки источника питания Есс и выходного напряжения, что затрудняет сопряжение с вычислительными устройствами. Избежать этого недостатка позволяют мостовые схемы с усилителями. Для этой цели используются неравновесные и равновесные мостовые схемы. Неравновесная мостовая схема содержит дифференциальный усилитель, подключаемый к выходу моста. Для обеспечения высокой линейности преобразования необходимо обеспечить большое входное сопротивление дифференциального усилителя.

 

Рисунок 3.1 – Мостовая схема

 

На рисунке 3.2 представлена равновесная мостовая схема. Подключение усилителя с обратной связью к выходу моста позволяет получить разность Uа – Ub практически равной нулю, то есть устанавливает мост в равновесное состояние. Наличие обратной связи в неравновесной мостовой схеме существенно повышает сопротивление нагрузки моста и практически не приводит к ухудшению линейности преобразования.

Коэффициент передачи усилителя для равновесной мостовой схемы определяется выражением

                           ,                                     (3.1)

где

                               (3.2)

 

R3 R2     b а   R1

R4

Uвых

Есс

R0+∆R

 

Рисунок 3.2 – Мостовая равновесная схема

 

Для оценки нелинейности характеристики (рисунок 3.3) обычно используют значение приведенной погрешности δ_пр, определяемой выражением (3.3)

Рисунок 3.3 – Реальная выходная характеристика y_р (х) и идеальная выходная характеристика y_и(х)

                           ,                          (3.3)

где               x)),                                (3.4) 

 

                     (3.5)

Входным параметром х  является измеряемое сопротивление R= R0+∆R, выходным (y) – напряжение. Значению x_min соответствует R0.

 

Рабочее задание

1.1. Построить модель мостовой схемы (рисунок 3.1), задавая R2=R3=1Ком, R1=R0=100 Ом. Снять характеристику мостовой схемы Uвых(∆R) при ∆R= 0, 10… 100 Ом.

1.2. Определить нелинейность характеристики. В качестве идеальной характеристики использовать прямую, проведенную через две крайние точки.

2.1. Построить модель неравновесной мостовой схемы с дифференциальным усилителем (резисторы на входах усилителя с номиналом 1Ком, коэффициент усиления – номер рабочего места). Снять характеристику Uвых (∆R), ∆R= 0, 10… 100 Ом. Напряжение Есс не должно приводить к насыщению усилителя.

2.2. Определить нелинейность характеристики (см. п.1.2).

3.1. Построить модель равновесной мостовой схемы (рисунок 3.2), приняв R4=10Ком. Подстроить резистор R1, чтобы получить Uвых (∆R=0)=0. Снять характеристику Uвых (∆R), задавая ∆R= 0, 10… 100 Ом.

3.2. Определить нелинейность характеристики.

4.1. Построить модель равновесной мостовой схемы, поменяв входы подключения усилителя к мостовой схеме (а и b). Подстроить резистор R1. Снять характеристику Uвых(∆R), задавая ∆R= 0, 10… 100 Ом.

4.2. Определить нелинейность характеристики.

5. Сделать выводы о проделанной работе.

 

Содержание отчета

1. Смоделированные мостовые схемы.

2. Результаты расчетов.

3. Выводы по результатам моделирования и расчетов.

 

Контрольные вопросы

1. Достоинства и недостатки мостовой схемы преобразования сопротивления в напряжение.

2. Достоинства и недостатки неравновесной мостовой схемы.

3. Достоинства и недостатки равновесной мостовой схемы.

4. Как изменить коэффициент передачи мостовых схем?

5. Как изменить аддитивную составляющую характеристики вход-выход мостовых схем?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4