1.4.6 Анализ работы масштабирующего и суммирующего усилителей

1.4.6.1 Схема масштабирующего и суммирующего усилителей приведена на рисунке В.5 приложения В.

1.4.6.2 Масштабирующий усилитель, выполненный на микросхеме DA5 и резисторах R16, R19, предназначен для усиления напряжения U2, формируемого входным усилителем. Коэффициент усиления масштабирующего усилителя подбирается так, чтобы амплитуда сигнала на выходе суммирующего усилителя DA4.2 лежала в диапазоне, определяемом выходным сигналом RI-преобразователя. Для унифицированного выходного сигнала от 4 до 20 мА этот диапазон обычно выбирается в пределах от 0,4 до 2В. Отсюда максимальное напряжение U5 на выходе масштабирующего усилителя определяется следующим выражением:

U5 = - U2 • R19/R16 = - 1,6 В.

1.4.6.3 Суммирующий усилитель выполнен на микросхеме DA4.2, резисторах R23...R28 и конденсаторе C3. Он предназначен для привязки диапазона напряжений U5 к начальному (0,4 В) и конечному (2 В) уровням и, соответственно, для корректировки минимального и максимального значения выходного тока RI-преобразователя.

1.4.6.4 Суммирующий усилитель выполнен по схеме с компенсацией ёмкостной нагрузки. При работе операционного усилителя на ёмкостную нагрузку, последняя вместе с выходным сопротивлением усилителя образует фильтр нижних частот, который даёт дополнительный фазовый сдвиг выходного напряжения. Это уменьшает запас по фазе, и схема усилителя может самовозбуждаться уже при незначительной величине нагрузочной ёмкости. Для предотвращения этого параллельно резистору отрицательной обратной связи R27 включена ёмкость C3, компенсирующая фазовый сдвиг вблизи критической частоты. Действие конденсатора C3 усилено развязывающим резистором R28.

1.4.6.5 На входы суммирующего усилителя, кроме напряжения U5, дополнительно поступают опорное напряжение минус U₀ и напряжение U_x с потенциометра R22, которые должны сместить нулевой уровень выходного напряжения U4 на 0,4 В, то есть установить напряжение, соответствующее начальному значению контролируемого диапазона температур. Напряжением минус U₀ производится грубая установка нулевого уровня напряжения U4, а напряжением U_x изменяющимся в пределах ± U_0, точная. Потенциометр R22 предназначен для регулировки нулевого уровня выходного напряжения U4. Таким образом, напряжение U4 на выходе суммирующего усилителя определяется следующим выражением:

U4 = - (- U₀ • k3 + Ux • k4 + U5 • k5), (7)

где — k3 = R27/R25,

— k4 = R27/R23,

— k5 = R27/(R24 + R26).

1.4.6.6 При U5 равном 0 В и установке потенциометра R22 в среднее положение U4 должно быть равно 0,4 В. Следовательно коэффициент k3 в этом случае будет равен:

k3 = U4/U₀ = 0,4/U₀.

1.4.6.7 Задавшись пределами регулировки напряжения U4 от 0,28 до 0,52 В (Ur = ± 0,12 В) определим коэффициент k4:

k4 = Ur/U₀ = 0,12/U_0.

1.4.6.8 Потенциометр R24 предназначен для регулировки конечного уровня выходного напряжения U4. Задавшись пределами регулировки U4 от 1,88 до 2,12 В (Urk = ±0,12 В), рассчитаем коэффициенты k5max и k5min при U5 = 1,6 В:

k5max = R27/R26 = (U4 + Urk - 0,4)/U5 = 1,075;

k5min = R27/(R24 + R26) = (U4 - Urk - 0,4)/U5 = 0,925.

1.4.6.9 Шлицы потенциометров R22 «0» и R24 «Д» для удобства настройки нуля и диапазона выводятся на лицевую панель RI-преобразователя.