Выбор реального оу:

С датчика будет поступать достаточно слабый сигнал, порядка 1-30мВ. Для наименьшей погрешности следует подобрать усилитель с низким значением напряжения смещения. Кроме того, точно оценить диапазон напряжений с датчика невозможно, из-за полей смещения оно может сильно варьироваться, поэтому усилитель должен иметь широкий диапазон выходного напряжения. Источник питания в идеале должен быть один, датчик питается от 5В однополярного, следовательно, следует выбирать ОУ с поддержкой SINGLE-SUPPLY (5в) и RAIL-TO-RAIL диапазона выходного напряжения.

Малыми смещениями обладают операционные усилители с автоподстройкой нуля. Например, AD8638. (См. Приложение)

Этот усилитель обладает очень низким напряжением смещения – 9 мкВ – максимальное значение, обладает низким входным током – 9пА- максимальное значение, работает от однополярного питания в 5В и имеет диапазон выходного напряжения RAIL-TO-RAIL

Стоимость этого ОУ примерно 100рублей

3)Амплитудный детектор (далее ад):

Схема простого АД на ОУ

Для правильного выбора ОУ для создания АД нужно учесть ряд параметров:

А) ОУ имеет конечную скорость нарастания сигнала.

Б) Входной ток смещения вызовет постепенный разряд конденсатора.

В) Максимальный выходной ток ОУ ограничит скорость изменения напряжения на конденсаторе.

Поле Земли не велико, а изменение напряжения по времени на входе АД связано фактически только со скоростью вращения оператора вокруг своей оси, поэтому большая скорость нарастания сигнала ОУ не является крайней необходимостью. Но из-за большого времени вращения оператора требуется минимальная скорость утечки заряда на конденсаторе.

- Эта формула приближенно описывает утечку заряда из-за наличия токов смещения

Ток смещения зависит от ОУ.

При выборе емкости важен баланс, т.к. слишком большое значение уменьшит скорость изменения напряжения на выходе усилителя

- Скорость зарядки ограничена максимальным выходным током ОУ

Выбор диода также основан на учете параметров, позволяющих замедлить скорость разряда конденсатора, - это прежде всего обратный ток, т.к. конденсатор разряжается в том числе и через диод. Следует искать диод с наименьшей величиной обратного тока.

ОУ должен иметь минимальное выходное напряжение, а ОУ, следующий далее в схеме, - максимальное входное. Ввиду того, что далее в схеме расположен компаратор на основе триггера Шмитта с ПОС, и входное сопротивление этого компаратора не максимально, целесообразно включить в схему АД повторитель. Тогда можно усовершенствовать схему АД:

Напряжение на конденсаторе повторяет входное напряжение на интервале его увеличения: ОУ1 заряжает оба диода, а выходное напряжение ОУ2 не оказывает никакого влияния на процесс. Когда значение входного напряжения становится меньше пикового, ОУ1 переходит в насыщение, а ОУ2 поддерживает напряжение в точке между диодами равным напряжению на конденсаторе и устраняет утечку в диоде Д2. Ток утечки протекает в Д1 через резистор R и создает на нем небольшое падение напряжения, но оно пренебрежимо мало. Оба ОУ по-прежнему должны иметь маленькие токи смещения, а диоды – малый обратный ток.

Ключ должен быть подобран с максимальном большим сопротивлением в разомкнутом состоянии, и минимальным сопротивлением в замкнутом состоянии. В первом случае это уменьшит падение напряжения с конденсатора на землю через разомкнутый ключ, а во втором случае – ускорит разрядку.

Емкость конденсатора = 0.1мкФ (Murata 10% стоимость 6 рублей)

Подходящие операционные усилители: AD820 на полевых транзисторах. (стоимость 200 рублей)

Iвых=15мА (для ad820) (см. приложение к ОУ)

Icм=10пА (для ad820)

Тогда:

Д1=Д2 = 1N3595 (Iобр =1нА) Влияние не учитывается за незначительностью. (Цена 2 рубля)

Rос=4,7КОм (номинал этого резистора не принципиален) (С2-23 8рублей)

4) Компаратор.

Без ПОС и, соответственно, гистерезиса, компаратор будет совершать большое количество ложных срабатываний – это неприемлемо для данного устройства. Следует добавить на неинвертирующий вход петлю обратной связи. Она должна создавать небольшой гистерезис, чтобы избежать ложных срабатываний, но ,в то же время, как можно меньше влиять на точность определения положения Севера.

Компаратор на основе триггера Шмитта

ОУ для компаратора следует выбирать по таким критерием:

• Возможность подключить однополярное питание (также, как в остальных блоках устройства)

• Максимальная скорость нарастания (влияет на время переключения)

На неинвертирующий вход будет подаваться напряжение с выхода АД, оно более статично, во-первых; во-вторых, больше подходит по условию задачи: Положительное напряжение на компараторе установится , когда значение входного напряжения станет меньше, чем выходного. (условие максимума магнитного поля)

Чтобы погрешность была не слишком большой, ширина гистерезиса должна быть очень ограничена. 1% от показаний датчика в максимуме = 0.1мВ. После усиления = 10мВ

для данной схемы – напряжение на неинверсном входе. Для оценки ширины гистерезиса возьмем = 1.2В

Из ряда номиналов можно взять R2=470КОМ. Тогда R2=1.27КОМ (С2-23 стоимость – 8рублей)

Т.к. питание однополярное, напряжения не симметричны. Подобрать следует среднее отношение резисторов.

Тогда реальные значения напряжений срабатывания и отпускания:

Из ряда номиналов можно взять R2=470КОМ. Тогда R1=1.89КОМ