Порядок настройки следующий. Сначала забудем про конденсаторы. При настройке по напряжению они не играют никакой роли. Уберем все конденсаторы и R6.
Берем тестер и изменяя R2 настраивает сопротивление, параллельное ПК. Оно должно равняться точно 25к.
Далее с помощью тестера опять таки точно настраиваем 5 ком (меняя R3).
Далее замкнем входные контакты (0 на входе).
Развернем резистор ручки тонов так, чтобы напряжение, снимаемое с переменного резистора ручки тонов, когда она указывает на 1 было бы чуть меньше 5V, например 4,8V.
Итак, когда ТА = 1 на положительный вход ОУ 1 подается напряжение чуть меньше 5V (для определенность 4,8V)
Далее уменьшим чувствительность до минимума (ручка чувствительности) и с помощью R8 выставим напряжение U2 (опорное, снимается с выхода ОУ2) равным U1 (выход ОУ1).
Далее увеличиваем чувствительность до максимума (или постепенно увеличивая чувствительность) изменяем R8 до тех пор, пока U4 не станет равным U2. Именно в этом случае через резистор ручки чувствительности (22 кОм) не течет ток и следовательно ее вращение не повлияет на сигнал.
Далее, приблизительно выставляем SET. Например, мы хотим, чтобы в положении SET через микроамперметр шел ток 40мкА, тогда (U2 - U3)/10кОм = 40мкА. (U2 - напряжение на выходе ОУ2, U3 - на выходе ОУ3). Отсюда U2 - U3 = 0,4V и U3 = 4,4V.
Изменяя сопротивления R9 и R10 делаем U3 = 4,4V.
Теперь можно подстроить SET более точно.
Делаем (хотя, это уже должно быть, если мы ничего не меняли) U4=U2. Это и есть положение SET. Смотрим на стрелку и изменяя сопротивление R9 (точная подстройка) приводим стрелку в то место, которое мы определили, как SET.
Дальше настроим бесконечность. На входе - разрыв цепи (сопротивление ПК = inf).
Нарисуйте шкалу так, как вам это нравится. Но шкала должна быть равномерной от 1 до 7. Я использовал полный размах шкалы равным 270 градусов.
Теперь выставляя ручку тонов на 7 меняем сопротивление R1 до тех пор, пока стрелка не придет в SET. Сначала это нужно сделать при минимальной чувствительности. Затем то же самое увеличивая чувствительность. Схема устроена так, что теперь, если вы подадите на вход 5 кОм, то стрелка встанет в SET при TA = 2, а если 12,5 кОм - ТА = 3. Так что все законы соблюдены.
Теперь можно настроить чувствительность. Вы можете настроить чувствительность в очень широком диапазоне. Для этого нужно менять сопротивление R5. Далее, когда вы настроили именно ту чувствительность, которая вам кажется более подходящей (существуют разные точки зрения на этот вопрос), тогда можно настроить четырехкратное усиление (с помощью сопротивления R4).
Итак, схема настроена по напряжению.
Использованы ОУ LM324.
Для даной схемы существенно то, что ОУ питаются от источника 9V, а не от стабилизированных 5V. (То, что по мере разрядки батарей напряжение будет несколько (вплоть до 1-2 вольт) меняться в данной схеме не существенно)
1. Что, например, происходит, когда мы подстраиваем резистор R1, настраивая тем самым Э-метр в бесконечности?
Условие: на входе - разрыв цепи, т.е. сопротивление, обозначенное, как "Преклир" равно бесконечности, TA = 7.
Задача: подстраивая R1, установить стрелку в
SET.
Это значит, что U4 (напряжение на выходе ОУ4) будет равно U2 (напряжение на выходе ОУ2). Т.к. свойства ОУ приблизительно (для наших целей) идеальны, то это значит, что напряжение и на положительном входе ОУ4
(Uout) равно U2.
А чему равняется напряжение U2? U2 мы установили равным 4,8V.
Но
Uout = U1 + (5V-U1) * 25k / (25k + R1)
Чему равняется U1?
Это то напряжение на делителе, когда ТА = 7. Оно зависит от того, как отрегулировано R7, от того, какой номинал сопротивления ТА (а он при данной схеме включения может быть разным), от того, как Вы нарисовали шкалу и как относительно нее повернут резистор ТА. Но все же это легко настраиваемо. Мы берем как можно меньшее значение U2 (почему как можно меньшее - см. ниже), например, это может быть 0,5V (почему не 0V - смотри ниже).
Итак, пусть U1 = 0,5V (Конечно, когда ТА = 7). Тогда чему равняется Uout (напряжение на положительном входе ОУ4)?
Uout = 0,5V + (5V - 0,5V) * 25k / (25k + R1)
Чтобы стрелка находилась в SET необходимо, чтобы Uout = U2, то есть
0,5V + (5V - 0,5V) * 25k / (25k + R1) = 4,8V
Легко находим, что R1 = (4,5V / 4,3V) *25k - 25k = 0,2 * 25 / 4,3 (k) = 1,16k
Это рассчитано лишь для того, чтобы было понятно, как это работает, в действительности все настраивается без расчетов.
Теперь поясню, почему мы берем значение U1 при ТА = 7 как можно ниже.
Вспомним так же, что U2 мы брали "поближе" к 5 V. Это делается для того, чтобы на ПК подавалось как можно большее напряжение. А это нужно для того, чтобы чувствительность по напряжению была как можно меньше по отношению к чувствительности по сопротивлению. А это в свою очередь - для того, чтобы исключить влияние пульса (мы же хотим измерять КГР, а не кардиограмму). Когда движение стрелки становится "естественным" (вследствие хороших динамических характеристик), тогда это становится существенным.
Теперь почему бы не взять U1 при ТА = 7 равным 0 V? Просто потому, что ОУ все же не идеальны и они на выходе не могут дать напряжение питания (ни 0 V ни 9 V)
Для LM324 минимальное напряжение на выходе при данном способе подключения - это где-то 0,5V (может быть даже имеет смысл брать не 0,5 V, а 0,7V).
2. Пусть мы настроили прибор в 0 и в inf.
Теперь пусть на входе 5к (например, мы нажали кнопку). Вращая ТА, попытаемся установить стрелку в SET.
Покажем, что ТА будет равняться 2.
ПК у нас включается параллельно 25 кОм. 5к || 25к = 125/30 = 25/6 = 4,16666….
Повернем РТ так, чтобы ТА=2. Будем считать, что схема уже настроена в inf и в 0.
Чему будет равняться Uout (напряжение, подаваемое на положительный вход ОУ4) ?
Uout = 5V - (5V-U1) * (R1/(R1+4,1666…))
Можно было бы вывести формулу и в общем виде, но мы покажем на конкретных цифрах, что Uout будет равняться U2, что будет значить, что стрелка будет стоять в SET.
Из предыдущего примера R1= 1,16k (настраивается при настройке бесконечности).
При настройке 0 и inf, мы положили, что ТА=1 соответствует 4,8V, а 7 - 0,5V. Тогда, т.к. наш резистор РТ линейный, то ТА=2 соответствует U1=0,5V+(4,8V-0,5V)*5/6= 4,08333
Тогда Uout = 5 - (5 - 4,083333)*(1,16/1,16+4,1666) = 4,8V, что равно U2. А это значит, что стрелка стоит в SET.
В общем виде для данной схемы есть формула:
TA = 1 + 6 * Q / (25k + Q) , где Q - сопротивление преклира в килоомах.
Это не приближенная формула. Если бы все элементы были бы идеальны, то это была бы точная формула.
Легко видеть, что когда Q=5ком ТА = 1 + 6*5/(25+5) = 2
Вот табличка:
ТА |
Q |
1 |
0 kOm |
2 |
5 kOm |
3 |
12,5 kOm |
4 |
25 kOm |
5 |
50 kOm |
6 |
125 kOm |
7 |
inf |