Вимірювання концентрації озону в ємності з ІПСШ; заперечує; електроніка 2008 рік

Вимірювання концентрації озону на основі ІПСШ електронна техніка 2008.

Операційний підсилювач: лінійний режим і компаратор.

Частина 1: Вимірювання концентрації озону .

індекс ATMO - це показник якості повітря на основі концентрації 4 забруднюючих речовин (діоксид азоту, частинки діаметром менше 10 м м, озон, діоксид сірки). цей індекс забезпечує синтетичну інформацію про забруднення атмосферного повітря в містах. Він обчислюється щодня в агломераціях, де проживає понад 100 000 жителів.

Щоденний бюлетень повідомляє всю інформацію на карті Франції. Агломерації визначаються кольором відповідно до оціночної якості повітря:

- відмінний до досить хороший: зелений; - середній до дуже бідний: оранжевий; - погано виконувати: червоний.

Дослідження стосується пристрою для вимірювання концентрації забруднювача озону та відображення рівня забруднення на основі трьох кольорів.

система розбивається наступним чином:

У цій частині всі операційні підсилювачі ідеальні і живляться від напруг, що вважаються постійними + V cc = 15 В та -V cc = -15 В.

датчик озону утворений фотодіодом, чутливим до ультрафіолетового випромінювання і зворотно поляризованим. Інтенсивність зворотного струму I, який проходить через фотодіод, є афінною функцією концентрації озону c згідно із законом: I = I 0 (1-10 -4 c) .

I 0 = 100 м A: інтенсивність струму, коли в повітрі немає молекул озону; c: концентрація озону в м г м -3 .

Визначте значення інтенсивності I для концентрацій c = c 0 = 0 та c = 360 m g m -3 .

c 0 (m g m -3)	I (м А)
0	I 0 = 100
360	100 (1-360 10 -4) = 96,4

Вкажіть напрямок зміни інтенсивності струму I як функцію концентрації озону c .

диференціювати I щодо концентрації c: dI/dc = -0,01.

інтенсивність зменшується із збільшенням концентрації озону.

Операційні підсилювачі A 1, A 2, A 3 працюють в лінійному режимі. Датчик змодельований ідеальним генератором струму інтенсивності I.

Інформація від датчика озону має такий формат:

Покажіть, що напругу u 1 можна записати у вигляді u 1 = -a c + u 0 .

u 1 = R 1 I з I = I 0 (1-10 -4 c);

u 1 = R 1 I 0 - 10 -4 R 1 I 0 c; встановимо a = 10 -4 R 1 I 0 і u 0 = R 1 I 0 .

Даємо R 1 = 100 кВт; обчислити значення a та u 0, вказавши одиниці виміру.

a = 10 -4 R 1 I 0 = 10 -4 10 5 * 10 -4 = 10 -3 V m g -1 m 3 .

u 0 = R 1 I 0 = 10 5 * 10 -4 = 10 В .

Визначте залежність між напругою u 3 і напругою u 1 .

Неінвертуючий вхід підключений до землі; в лінійному режимі два входи мають однаковий потенціал, тому u 3 = u 1 .

Стадія А еквівалентна "послідовнику".

U 2 - опорна напруга, що є внутрішньою в збірці.

Який режим роботи A.O A 2? Для виправдання .

Завдяки наявності петлі зворотного зв'язку, А.О. 2 працює в лінійному режимі.

Виразіть потенціал V + як функцію напруги u 2 .

Виразіть потенціал V - як функцію напруг u 3 і u 4 .

Виведіть вираз u 4 як функцію u 2 та u 1 .

У лінійному режимі два входи мають однаковий потенціал V - = V +: U 2 = U 3 + U 4; U 4 = U 2 - U 3 .

або U 1 = U 3, отже: U 4 = U 2 - U 1 .

Етап Б виконує віднімання.

Дамо U 2 = 10 В. Покажіть, що U 4 можна поставити у вигляді U 4 = k c. Яке значення k; вкажіть його одиницю .

U 4 = 10 - U 1 і U 1 = 10-a c, отже: U 4 = a c .

k = a = 10 -3 В м г -1 м 3 .

Виразіть напругу U 5 як функцію резисторів R 3 і R 4 і напруги U 4 .

Дамо R 3 = 4,7 кВт. Ми хочемо отримати напругу U 5 = 1,8 В, коли максимальна концентрація озону дорівнює c max = 360 м г м -3 .

Обчисліть опір R 4 .

U 4 = 10 -3 c = 10 -3 * 360 = 0,36 В.

1,8/0,36 = R 4/4,7 +1; 5 = R 4/4,7 +1; 4 = R 4/4,7; R 4 = 4 * 4,7 = 18,8 кВт .

Побудуйте графік форми напруги U 5 як функції концентрації озону c. Покажіть точки, що відповідають c = 90 m g m -3 та 180 m g m -3 .

U 5 = 5 U 4; U 4 = 10 -3c; U 5 = 5 10 -3 c .

якщо с = 90 м г м -3, то U 5 = 0,45 В; якщо с = 180 м г м -3, то U 5 = 0,90 В.

Сигналізатор .

Цей пристрій призначений для візуалізації зон, що відповідають трьом рівням якості повітря: чудовий, середній до дуже поганого, поганий до чудового. Сигналізацію забезпечують три кольорові світлодіоди: зелений, оранжевий та червоний.

якість повітря	c (m g m -3)	світлові вивіски
відмінний до досить хороший	Від 0 до 90	зелений
середній до дуже бідний	Від 91 до 180	помаранчевий
погано - погано	c> 180	червоний

Структурна схема така:

Напруга U 5 попередньої стадії c порівнюється з двома пороговими напругами U D і U B. Порогові напруги виробляються усіма резисторами R 5, R 6 і R 7 .

R 6 = R 7 = 4,7 кВт, слід визначити R 5. Ми хочемо отримати напругу U D = 0,9 В.

Обчисліть значення R 5, виведіть напругу U B .

Інтенсивності струмів на входах ОА дорівнюють нулю: R 5, R 6 і R 7 перетинаються однаковою інтенсивністю i.

U D = (R 6 + R 7) i, отже, i = 0,9/(4,7 + 4,7) = 0,0957 мА

Додатковість напруги: U D + R 5 i = 15 В; R 5 i = 15 -0,9 = 14,1; R 5 = 14,1/0,0957; R 5 = 147 кВт .

U B = R 7 i = 4,7 * 0,0957; U B = 0,45 В .

Визначте значення вихідних напруг U A4, U A5 та U A6 за різних умов у таблиці нижче .

Визначити стан трьох світлодіодів Del 1, Del 2 і Del 3 відповідно до вихідних напруг U A4, U A5 і U A6 .

Виведіть колір для цих діодів .