Выбор и расчет усилителя

Операционные усилители (ОУ) – это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов, и выполняющие различные операции над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

В проектируемом аппарате термоЭДС с выхода термопары должна быть усилена с помощью усилителя до максимального входного напряжения АЦП. По рабочему заданию измеряемая температура объекта (технологического процесса) находится в пределах 90…170 ºС, погрешность измерения ±2 ºС. Рассчитаем коэффициент усиления в схеме измерения температуры с запасом до 200 ºС.

Будем усиливать сигнал с термопары операционным усилителем.

На входе АЦП максимальное значение напряжения должно быть равно 3В. Рассчитаем коэффициент усиления по формуле:

 

,

 

где  - напряжение на выходе ОУ и на входе АЦП, В;  - измеряемая температура, ºС;  - коэффициент термопары, В/ ºС;  - коэффициент усиления ОУ.

Максимальное напряжение на входе АЦП устанавливается, когда измеряемая температура равна 200 ºС. При максимальной температуре , коэффициент усиления ОУ равен:

 

 

Выбираем схему неинвертирующего усилителя (рис.7.):

 

 

Рис.7. Схема неинвертирующего операционного усилителя

 

Здесь ;  должен находиться в пределах от единицы кОм до сотен кОм. При больших сопротивлениях начинают сказываться токи утечки ОУ, при малых – возможны броски тока, что снижает надежность.

Выберем значение  равным 500 Ом, тогда

 

Ом.

 

Максимальное напряжение на входе ОУ не более 3В.

Мощность резистора :

 

Вт ≈ 0

 

Выходное напряжение  не может превышать ± 3 В. Напряжение на резисторе  не может превышать

 

В.

 

Мощность резистора :

Вт ≈ 0

Достаточно выбрать резисторы мощностью 0,125Вт.

Выбираем прецизионные резисторы марки С2 – 33. Сопротивление  делаем составным: 150 кОм; 22 кОм и 12 кОм.

По справочнику [3] выбираем операционный усилитель К140УД7.

Характеристики ОУ:

· Напряжение смещения нуля  = 4 мВ;

· Дрейф напряжения смещения = 6 мкВ/ ºС;

· Средний входной ток = 200 нА;

· Коэффициент ослабления синфазного сигнала = 70 дБ;

· Максимальный выходной ток = 20 мА;

· Максимальное выходное напряжение = 11,5 В;

· Напряжение питания = ±15 В;

· Наличие внутренней коррекции;

· Наличие защиты выхода в режиме короткого замыкания.