Розробка вимірювача температури тіла

Дата

Арк.

19

 

Характеристики	ТР-1	ТР-2	ТР-4
Номінальний опір при Т=25 0C, кОм	15; 33	15; 33	1
Температурний коефіціент опору, % /0C	-4,1± 0,2  -(4,2± 0,2) *	-4,1± 0,2  -(4,2± 0,2) *	-(2,0± 0,2)
Допуск по опору, %	± 10	± 20	± 20
Максимальна потужність розсіювання, мВт	50	20	90
Допустима потужність розсіювання , мкВт	30	10	400
Інтервал робочих температур, 0С	- 60...+155	- 60...+155	- 60...+250
Коефіціент температурної чутливості В, К  -60...0 0C  0...+155 0C  -60...+250 0C	3200...3600  3740...3830   (3550...3900)*	3200...3600  3740...3830   (3550...3900)*	1600...1960
Коефіціент розсіювання Н, мВт/ 0С	0,4	0,1	0,07
Постійна часу  , с	10	5	3
Маса, г	0,25	0,23; 0,007	0,3
Мінімальне напрацювання, час	20000	20000	20000
Вимірювання опору ТР впродовж мінімального напрацювання не більш, %	± 5	± 10	± 10
Термін придатності, років	15	15	15
* В дужках показані значення для терморезисторів з Rном = 33 кОм.

 

Найкращими характеристиками володіє мініатюрний капле видної форми  терморезистор ТР-4 зі зменшеним температурним коефіцієнтом опору.

Характеристики:

• Розміри - 6*4*2,5 мм
• Вага - 0,3 г
• Номінальний опір - 1кОм±2 % при температурі +25 ° С
• ТКО - приблизно 2 %/°С
• Робочий температурний інтервал -60...+200 °С
• Стала часу - 3с [ 1 ].

 

Рисунок 4.2- Залежність опору терморезистора від температури середовища.

Недолік напівпровідникових терморезисторів – не лінійність залежності опору від температури.

Рисунок 4.2 ілюструє типову залежність опору напівпровідникових терморезисЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

20

торів  ТР-4 и ММТ-4 від температури. Однак відповідні схемотехнічні рішення лінеаризації характеристики дозволяють в значній мірі позбавитись цих недоліків.

Підсилювач

Однією з найбільш частих функцій електронного пристрою є  посилення сигналів. В даний час існує величезна кількість схемних рішень виконання цієї операції. Найпростішим і універсальним є застосування для цієї мети операційних підсилювачів.

Загальні відомості

    Операційні підсилювачі представляють собою підсилювачі постійного струму з високим коефіцієнтом посилення , диференціальним входом , малим вихідним опором і малим вхідним струмом. За розмірами і ціною ОП загального застосування практично не відрізняються від окремого транзистора. У той же час перетворення сигналу схемою на ОП майже виключно визначається властивостями ланцюгів зовнішніх зворотних зв'язків і відрізняється високою стабільністю і відтворюваністю . Крім того , завдяки практично ідеальним характеристикам ОП реалізація різних функціональних схем на їх основі виявляється значно простіше , ніж на дискретних транзисторах . Тому операційні підсилювачі стали сьогодні основою елементної бази у багатьох областях аналогової схемотехніки .

 На рисунку 4.3 подано схемне позначення операційного підсилювача.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21

 

Рисунок 4.3 – Умовне позначення операційного підсилювача

        Вхідний каскад виконується у вигляді диференціального підсилювача, так що в цілому ОП має два входи - інвертуючий і неінвертуючий. На схемах інвертується вхід позначається гуртком (іноді неінвертуючий вхід позначається знаком «+», а інвертуючий - знаком «-»). Вихідна напруга U вих знаходиться в одній фазі з напругою на неінвертуючий вході і в протифазі з напругою на інвертуючому. Воно визначається різницею вхідних напруг.

Різниця вхідних напруг:

                           

                                (4.1)

називається диференціальною вхідною напругою.

Півсума вхідних напруг:

                     

                                 (4.2)

називається синфазною вхідною напругою. Іноді синфазною називають також напругу на неінвертуючому вході[5].

          Щоб забезпечити можливість роботи операційного підсилювача як з позитивними , так і з негативними вхідними сигналами , слід використовувати двухполярну напруга живлення . Для цього потрібно передбачити два джерела постійної напруги , які підключаються до відповідних зовнішніх виводів ОП . Найчастіше інтегральні операційні підсилювачі розраховані на напругу живлення ± 15 В , хоча існує чимало моделей, які живляться від джерел як істотно більшого, так і Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

22

помітно меншої напруги. Для спрощення схем на ОП іноді не вказуються виводи живлення.

           Операційний підсилювач майже завжди використовується з деякими зовнішніми елементами, які в кінцевому підсумку визначають призначення і параметри електронної схеми.

Параметри ОП

1. Коефіцієнт посилення K_U – відношення зміни вихідної напруги до викликаного його зміни диференціальної вхідної напруги при роботі підсилювача на лінійній ділянці характеристики:

                            

                                     (4.3)

Інтегральні ОП мають коефіцієнт посилення, який лежить в діапазоні 10³-10⁶ .

2. Напруга зсуву е_зс – диференціальна вхідна напруга, при якому вихідна напруга підсилювача дорівнює нулю. Максимальне по модулю значення е_зс для підсилювачів, вхідні каскади яких виконані на біполярних транзисторах, найчастіше становить 3-10 мВ. У тих ОП, у яких вхідний каскад будується на польових транзисторах, напруга зміщення зазвичай на порядок більше, 30-100 мВ.
3. Середній вхідний струм i_вх – середньоарифметичне значення струмів Н-та І-входів підсилювача, виміряних при такій вхідній напрузі U_вх, при якому вихідна напруга U_вих дорівнює нулю. Середній вхідний струм інтегральних підсилювачів з вхідними каскадами на біполярних транзисторах зазвичай лежить в діапазоні 0,01 - 1 мкА. Подальше зниження вхідних струмів (до 1 нА і менше) досягається при використанні польових транзисторів у вхідних каскадах ОП.
4. Різниця вхідних струмів Δi_вх – абсолютне значення різниці струмів двох входів підсилювача i_вх.н - i_вх.и, виміряних тоді, коли напруга на виході підсилювача дорівнює нулю. Цей різницевий струм в значній мірі говорить про те, наскільки велика несиметрія вхідного каскаду ОУ. Якщо значення ∆i_вх близько до нуля, то вплив вхідних струмів i_вх.н і i_вх.и на вхідну напругу ОП можна істотно зменшити, встановлюючи однаковими еквівалентні провідності зовнішніх кіл, приєднаних до Н-та І-входів ОУ. Зазвичай ∆i_вх складає 20-50 % i_вх.

Вхідний опір r_вх – опір з боку одного з входів ОУ, в той час як інший заземлений. У деяких випадках це опір називають вхідним опором для диференціального сигналу, з тим щоб відрізнити його від вхідного опору для синфазного сигналу. Вхідний опір ОУ може становити 10³-10⁶ Ом і більше. Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

23

 

5. Вхідний опір для синфазного сигналу r_cф – визначають як відношення приросту синфазного напруги до приросту середнього струму підсилювача. Величина r_сф зазвичай на 1-2 порядки і більше перевищує r_вх.
6. Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу М_сф – відношення коефіцієнта посилення К_U до коефіцієнта передачі синфазного сигналу. Коефіцієнт передачі синфазного сигналу при цьому визначається як відношення зміни вихідної напруги до викликав його зміни синфазного вхідного напруги. Часто вживається логарифмічна міра для визначення коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу М’_сф= 20lg|M_cф|. Зазвичай для інтегральних ОП величина М'_сф = 60 … 100 дБ.
7. Коефіцієнт впливу нестабільності джерела живлення К_П – відношення зміни напруги зсуву до викликаного його зміни одного з живлячих напруг ∆U_{жив (}іноді вплив нестабільності джерел позитивної і негативної живлячої напруги характеризують роздільними коефіцієнтами впливу). Цей коефіцієнт найчастіше дорівнює 2·10^-5- 2·10^-4, що відповідає 20-200 мкВ/В.
8. Вихідний опір ОП r_вих –определяется точно так же, как и для любого другого усилителя и составляет обычно величину, лежащую в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен ом. Динамічні властивості ОУ визначаються зазвичай двома параметрами: частотної смугою і швидкістю зміни вихідного сигналу.
9. Частотна смуга ОП визначається, як правило, частотою одиничного посилення f₁ тобто частотою, на якій коефіцієнт підсилення ОП зменшується до одиниці. Значення f₁ у більшості інтегральних ОП лежать в діапазоні від десятих часток мегагерца до декількох десятків мегагерц.

Максимальна швидкість наростання вихідної напруги ОП v визначається при подачі на його вхід імпульсу напруги прямокутної форми. Для типових інтегральних ОП максимальна швидкість наростання лежить в діапазоні 0,3-50 В / мкс. Оскільки найбільша швидкість зміни синусоїдального сигналу пропорційна амплітуді і частоті цього сигналу, то обмеження швидкості зміни вихідного сЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

24

игналу ОП призводить до обмеження амплітуди вихідного неспотвореного гармонійного сигналу на високих частотах.

10. Температурний дрейф напруги зсуву для інтегральних ОП із вхідними каскадами на біполярних транзисторах становить зазвичай 5-20 мкВ / К.   Для підсилювачів, вхідні каскади яких побудовані на польових або на складених біполярних транзисторах, температурний дрейф напруги зсуву лежить в діапазоні 20-100 мкВ / К.
11. Температурні зміни вхідних струмів ОП мають різний характер залежно від типу транзисторів, використаних у вхідних каскадах. У ОП з вхідними каскадами на біполярних транзисторах вхідний струм зменшується при збільшенні температури. При збільшенні температури від 20 до 125 °С вхідний струм ОП на біполярних транзисторах зменшується майже в три рази і приблизно в стільки ж разів зростає при зменшенні температури від 20 до - 60 °С. У підсилювачах, вхідні каскади яких виконані на польових транзисторах, вхідний струм зростає із збільшенням температури. У цьому випадку вхідний струм - це в основному струм замкненого р-n-переходу, який, як відомо, зростає приблизно в 2 рази при збільшенні температури на 10 К.
12. Температурний коефіцієнт коефіцієнта посилення ОП може бути як позитивним, так і негативним залежно від температури і типу ОП.У повному діапазоні допустимих температур навколишнього середовища коефіцієнт посилення ОП змінюється зазвичай не більше ніж в 3-5 разів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

25

Розглянемо декілька видів  операційних підсилювачів. Проаналізуємо  і оберемо необхідний. 

Таблиця 4.2 Основні параметри  ОП

 

            Операційний підсилювач вибираємо за наступними критеріями:

1. Напруга живлення ОП. Повинна відповідати напрузі  живлення розроблювального пристрою (згідно із завданням).

2. Напруга зсуву ОП. Повинна бути істотно менше вхідного сигналу.

3. Швидкість наростання  вихідної напруги v. Вона визначає верхню робочу частоту фільтра:

                                           

                                   (4.5)

4. Вхідний струм i_вх

    Перерахованим умовам задовольняють багато ОП, тому оберемо операційний підсилювач К140УД12.

 Мікросхема являє собою операційний підсилювач середньої точності з високим посиленням, малими вхідними струмами, внутрішньою частотною корекцією і захистом виходу від короткого замикання.