Принципы работы терморезисторного измерительного преобразователя

ТЕМА 1.2 АНАЛОГОВЫЕ ИМС. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ СЕРИИ

АИМС – это микросхемы, предназначенные для обработки преобразования аналоговых электрических сигналов. Особенностью сигналов такого типа является то, что переносимая ими информация «закодирована» в непрерывных (плавных) изменениях какого-либо параметра (амплитуды, частоты, фазы и др.) электрического тока или напряжения. Например: 1) сигналы постоянного тока на выходе термодатчика, уровень которых пропорционален температуре; 2) речевые сигналы на выходе микрофона и т.п.

Если активные элементы АИС работают в линейном усилительном режиме, то такие ИМС называются линейными.

Выделяют четыре разновидности АИС:

- операционные усилители (ОУ)

- инструментальные

- радиочастотные

- силовые ИМС

Операционные усилители – это высококачественные усилители постоянного тока, имеющие большое усиление (Ку=10⁵-10⁶), большое входное (не менее десятков КОм) и маленькое выходное (не более 100-1000 Ом)) сопротивление.

Упрощенное УГО

Рисунок 1

Рисунок 2 Основная схема включения

Схемы имеют два входа и один выход. Один вход инвертирующий (-), другой нет (+). При коэффициенте усиления Ко, сигнал поданный на инвертирующий вход усиливается в Ко раз и на выходе получаем сигнал противофазный входному Uвых=-Ко*Uвх1. Если сигнал подали на не инвертирующий вход, то на выходе появится усиленный сигнал, имеющий ту же фазу, что и сигнал на входе: Uвых=Ко*Uвх2. При одновременной подаче сигнала на оба входа выходной сигнал оказывается пропорциональным их разности:

Uвых =Ко*(Uвх2-Uвх1)

В основной схеме включения внешние дискретные элементы Z1 и Z2 образуют цепь отрицательной обратной связи, через которую часть выходного сигнала поступает на инвертирующий вход ОУ. Благодаря этому коэффициент сигналов в схеме . Меняя тип (резисторы, конденсаторы, активные элементы и др.) и номиналы элементов в цепи ОС, на ОУ можно построить разнообразные усилительные и преобразовательные устройства (К174УН5(7,8) - мощность, К174УР2А(Б) – изображение, К140УД1А(Б) – ОУ, К140УД819(4), К118УД1(А) В, К177УД1.

Если обратную связь ввести между выходом и не инвертирующим входом, то она становится положительной и на основе ОУ могут быть получены разные генераторы электрических сигналов.

Мультивибраторы (генераторы сигналов специальной формы):

автоколебательный К218ГГ1

с самовозбуждением К119ГГ1А

триггеры Шмитта К118ТЛ1А (Б…Д)

Электрически параметры (потребляемый ток, мА, потребляемая мощность, мВт) полностью определяются параметрами внешних цепей ОС. Это обеспечивает их высокую стабильность несмотря на то, что параметры самих ОУ зависят от температуры, напряжения источников питания и других факторов.

Инструментальные АИС – это интегральные устройства, используемые для высокоточных преобразований электрических сигналов. Для них характерно наличие цепей внутренней ОС, обеспечивающих стабильность и точность параметров или же наличие дополнительных цепей цифровых сигналов. Их применяют в устройствах ввода и вывода информации ЭВМ, в схемах автоматики в измерительной технике, в устройствах индикации и т.п. К инструментальным АИМС относят маломощные усилители НЧ, усилители импульсных сигналов, компараторы и преумножители сигналов АЦП и ЦАП (К218УН1(2) усилитель импульсный)

Радиочастотные АИС – микросхемы, используемые в тратах приема и передачи радиосигналов. К ним относятся: резонансные усилители высокой и промежуточной частоты, детекторы и модуляторы, смесители, а также интегральные устройства СВЧ-диапазона.

Силовые АИС – имеют повышенную выходную мощность, требуют установки дополнительных охлаждающих радиаторов. К ним относятся низкочастотные усилители мощности, выходные каскады радиопередатчиков, интегральные стабилизаторы тока и напряжения.

При разработке принципиальных схем АИМС:

1) ограничивают число и номиналы пассивных элементов в их составе R, L, C с большими номиналами вводят в состав АИС в виде внешних (навесных) элементов, предусматривая для их подсоединения специальные выводы;

2) предусматривают работу активных элементов в микросхемах с малыми токами и напряжениями. Это уменьшает количество тепла, рассматриваемого в объеме ИМС;

3) используют для стабилизации режимов работы и параметров АИС – ООС.

Маркировка ИМС

Первый элемент: 1,5,7 – полупроводниковые ИМС

2,4,6 – гибридные ИМС

3 – остальные (пленочные)

Второй элемент: две или три цифры – серия – порядковый номер разработки

Третий элемент: две буквы тип микросхемы

Г – генераторы – ГС – гармонических сигналов

ГГ – прямоугольных сигналов

У – усилители

Д – детекторы

М – модуляторы

Т – триггеры

Е – вторичные источники питания

Л – логические элементы

Литература:

Гершунский Б.С. Основы электроники – К.: Высшая школа, 1982, с. 335 – 341.

В терморезисторных ИП используется зависимость сопротивления R проводника или полупроводника от измеряемой температуры θ среды, в которой он находится. Материал терморезисторных ИП должен обеспечивать:

– высокую чувствительность S = dR/dθ;

– хорошую линейность функции преобразования R(θ);

– широкий температурный диапазон θ_min ÷ θ_max;

– химическую инертность в агрессивных средах.

Найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям, не удаётся, поэтому приходится идти на компромиссы. Практически используются металлические и полупроводниковые ИП, сильно различающиеся по своим свойствам. Из металлов применяется, в основном, медь и платина.