Реферати

Розробка перетворювача


Розробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювачаРозробка перетворювача«Розробка вимірювального перетворювача».

Завдання:

Необхідно розробити вимірювальний перетворювач з наступними технічними характеристиками:

  • Вхідна напруга від=20 мВ

  • Максимальна вхідна частота fвід=0,3 МГц

  • Похибка нелінійності = 1,5%

  • Вихідне значення Увихід=3 В

  • Передавач повинен живитися від джерела постійної напруги ЕодинЕ2=32 В

  • Нестабільність живлення δЕ=20%

Виходячи з технічного завдання, вимірювальний перетворювач повинен містити підсилювач змінної напруги, оскільки цей підсилювач призначений для посилення тільки змінної складової вхідного сигналу;

повнохвильовий випрямляч, який перетворює змінну напругу в середнє випрямлене значення;

фільтр низької частоти, призначений для згладжування пульсацій вхідного сигналу випрямляча;

масштабуючий підсилювач, який перетворює вихідний сигнал вимірювального перетворювача в номінальне значення.

Структурна схема вимірювального перетворювача змінної напруги в постійну наведена на рисунку 1.

LPF

MU

IN

В

ST2

ST1

від Увихід

УST1 УST2

Еодин

Е2

На малюнку 1 введені такі позначення:

U — підсилювач змінної напруги;

Б — випрямляч;

LPF — фільтр низької частоти;

MU — масштабуючий підсилювач;

ST1, ST2 — стабілізатори напруги;

Розробка принципової схеми.

На основі блок-схеми була розроблена функціональна, а потім і принципова схема. Оскільки принцип і функціональні схеми вимірювального перетворювача, побудованого на інтегральних схемах, дещо відрізняються (на функціональних схемах відсутня нумерація виводів мікросхеми), то опишемо принцип роботи основних вузлів за принциповою схемою.

Опис основних вузлів вимірювального перетворювача.

Підсилювач змінної напруги виготовлений на операційних підсилювачах E1, E2резистори Родин4конденсатор C1. Він призначений для посилення тільки змінної складової вхідного сигналу. Використання цього підсилювача дозволяє значно зменшити похибку за рахунок зсуву і дрейфу нуля операційного підсилювача. Перший каскад підсилювача виконаний за схемою інвертуючого підсилювача. Це має виграш Р3один. Другий ступінь виконаний за схемою буферного повторювача напруги. Його цінність полягає в тому, щоб забезпечити кращу відповідність між виходом підсилювача змінної напруги та входом повнохвильового випрямляча. Перехідний ланцюг C1, R4 не передає постійну складову вихідного сигналу першого каскаду підсилювача на вхід другого каскаду. Як відомо, передатна функція такого кола описується виразом: TOc (p) = pτc /1+ рτcде

τc = С1R4 — постійний ланцюг ГРМ. (один).

Повнохвильовий випрямляч виконаний на мікросхемах E4, E6, резистори R8, R9, R10, R14діоди додинд2. Випрямляч працює наступним чином. При вхідному сигналі Ув>0 сигнал проходить на вихід підсилювача, через підсилювач E4діод д2підсилювач E6а зворотний зв’язок замикається через резистори R9, R14. У той же час очевидно, що Увихід= Ув (R8+R9+R14/R8). Якщо Ув потім діод відкривається D1діод D2 закривається, а вихідна напруга формується в результаті підсилення інвертуючим підсилювачем E6 напруга, що надходить з виходу повторювача на основі E4. Як результат Увихід= — Ув * R14/R9. Постійність модуля коефіцієнта передачі буде досягнута, коли:

1+ R9/ R8 + R14/R8 = R14/ R9 (2)

Зокрема, якщо R8 = ∞ і R9 = R14, потім Uвихід= Ув

Як LPF виберіть активний LPF.

Використання активного фільтра нижніх частот дає можливість виключити масштабний підсилювач зі структурної схеми вимірювального перетворювача. Передатна функція активного фільтра описується виразом

ДОf(r) u003d — R17 / R15 * 1 / pC6 R17 + 1 (3)

Такий фільтр використовується в тих випадках, коли необхідно посилити постійну складову вхідного сигналу фільтра і згладити пульсації цим сигналом.

Розрахунок параметрів елементів схеми

вимірювальний перетворювач.

При розробці принципової схеми використовувалися:

мають такі характеристики:

Мікросхема 154 UD2:

прибуток ДОтисяч — 104

напруга живлення ±УпIN — 13,5-16,5

напруга зміщення ±лсммВ — 2

вхідний струм явна — сто

частота зрізу f, МГц — п’ятдесят

опір навантаження РпкОм — ≥ 2

нульовий дрейф ТКлсм мкВ/К— двадцять

Струм споживання яспоживати мА— 10

Мікросхема K142 EN 3:

Вихідна напруга УвихідIN— 3-30

Струм навантаження вмаксАЛЕ- один

Ув максIN- 45

Ув хв— УвихідIN— 4

ДОвул %/IN- 0,05

ТК Увихід %/TO- 0,01

Ув хв — дев’ять

Визначаємо загальний коефіцієнт передачі вимірювального перетворювача: К = Кна*ДОв*ДОf=150де

ДОна,ТОв,ТОf – коефіцієнт посилення підсилювача, випрямляча і фільтра відповідно.

Розподіліть передавальні числа ДОнаДОв,ТОf в такий спосіб:

ДОна=3, Кв=5, Кf=10.

Розрахунок параметрів підсилювача

Напруга змінного струму.

Забезпечити достатньо високий вхідний опір вимірювального перетворювача, рівний підсумковому опору R1вибрати R1=10кОм. Потім R3 визначається з рівняння R3/R1=Kна=3;

R3=30кОм. Значення опору резистора R2 вибирається з рівняння R2= R1*R3/ R1+R3. R2=10*30/10+30≈7,5 кОм.

Вихідний опір 1-го каскаду підсилювача визначається як

Рвихід ос= Рвихід/1+ Кнаβде Рвихід ос — вихідний опір 1-го каскаду, покритий зворотним зв’язком; Рвихід — вихідний опір насправді О.

Рвихід≈500Ω; ДОна — посилення на робочій частоті fз макс=0,3 МГц

ДОна≈fодин/fз макс=50/0,3≈180; β— глибина зворотного зв’язку β= 1/R1+R3=10/40=0,25.

Потім Рвихід ос= 500 / 1 + 180 * 0,25≈10 Ом.

Вихідний опір 2-го каскаду підсилювача (β=1)

Рвихідні вуса = 500 / 1 + 180≈2,8 Ом.

Помилка лінійності γ п= –1/Кнаβ=1/180*0,25≈2%.те, що було сказано, вірно, якщо Ou представлено аперіодичною ланкою 1-го порядку. У реальному випадку Oy моделюється аперіодичною ланкою 2-го і навіть 3-го порядку. У цьому випадку реальний виграш ДОна збільшується більш ніж на порядок, що призводить до зменшення похибки нелінійності більш ніж на порядок, тобто.. γ п≈0,2%, що відповідає вимогам специфікації.

При розрахунку перехідної схеми з виразу для передатної функції (1) отримуємо вираз для модуля комплексного коефіцієнта передачі.

ДОc (ω)= ω τc /V1+ ω2 τ2 c (4)

Використовуючи цей вираз, будуємо логарифмічну частотну характеристику.

20lgkc

0 ω=1/τ c ωз макс=2πfсммакс

ω

20 дБ/дек

20lgkc

Визначимо значення параметрів C1, R4 перехідний ланцюг. Припустимо, що коефіцієнт передачі ДОc при максимальному значенні частоти вхідного сигналу fвід =0,3 МГц менше 1 на 1%. Як випливає з виразу (4), ця умова відповідає нерівності ωвід τc ≥10,

де τc ≥10/2P*0,3*106 =5*10-6від. Встановлюємо значення R4=10кОм і визначте значення С1: С1≥ τc / R4=5*10-6 /104=500 пФ. Виберіть значення C1 = 1000 пФ.

Розрахунок параметрів

повнохвильовий випрямляч.

Коефіцієнт передачі ДОв випрямляч, як визначено вище, має дорівнювати ДОв=5. Постійність модуля коефіцієнта передачі для позитивних і негативних півхвиль вхідного сигналу забезпечується при виконанні умови 1+ R9/ R8+ R14/ R8= R14/ R9=5. Виберіть значення R9 = 10 кОмпотім R14==50 кОм. Виберіть найближчий із рядка E24 R14==51 кОм. Потім R8 = 15 кОм.

Значення опору R10= R9* R14/ R9+ R14=510/61≈8,2 кОм.

Розрахунок параметрів активного фільтра.

Підсилення фільтра, як визначено вище, має дорівнювати ДОf =10. З виразу для передатної функції (3) отримуємо вираз для модуля комплексного коефіцієнта передачі

ДОf (ω)= – R17/ R15 1/√1+ ω2 τ2 де τ=С6* R17 (п’ять)

При передачі постійної складової вхідного сигналу ω=0потім

ДОf = -R17/R15. Встановлюємо значення R15=10кОмпотім R17=100 кОм. Сенс R16 визначається з умови R16= R15* R17/ R15+ R17≈9,1kΩ. Використовуючи вираз (5), побудуємо логарифмічну частотну характеристику фільтра.

двадцятьlgkf

двадцятьlgkf

ωодин=1/τωср=10/τωвід= 2 пфвід

ω

Частота спряження ω визначається з умови ωодин = 1/ τ. На цій частоті комплексний модуль посилення ДО (ω)= – R17/ R15 1/√2. Частота зрізу ωср при якому модуль комплексного посилення ДОf (ω)=1як випливає з виразу (5), дорівнює ωср = 10/ τ. Дійсно, нехтуючи 1 в радикальному виразі (5), отримуємо

ДОср = – R17/ R15 1/10=1.

Визначимо значення параметрів ланцюга ГРМ τ умови, що пульсації при максимальному значенні частоти вихідного сигналу fвід не буде перевищувати 1% від постійної складової. Цій умові задовольняє очевидна нерівність ωвід τ ≥100. Коли ця умова виконується, з виразу (5) отримуємо ДОf від)= – R17/ R15 1/100. Константа синхронізації τ в цьому випадку має бути τ≥100/ωвідu003d 100 / 2пфвідu003d 100 / 6,28 * 0,3 * 10-6=10-4/2=50 мкс. Оскільки τ=С6 R17значення ємності конденсатора С6 ≥ τ/ R7=50*10-6/10п’ять =500 пФ. Виберіть значення C6 = 1000 пФ.

Розрахунок стабілізаторів напруги.

Визначте діапазон зміни напруги

Е1,2 хв= Е1.2 –δe Е1.2= 32 — 6,4 = 25,6 В.

Е1,2 макс= Е1.2e Е1.2= 32 + 6,4 = 38,4 В.

Напруга живлення мікросхем вимірювального перетворювача ±15В.

Всім цим вимогам відповідає регулятор напруги К142 EN 3 (див. технічні характеристики мікросхеми). Відповідно до рекомендацій щодо використання мікросхеми K142 EH 3. Значення опору резистора R7= R13=1,5KΩ, R6= R12=15KΩємності конденсаторів C2=C4=0,01uF, C3=C5=22uF. Резистори R5, R11 призначені для захисту стабілізаторів від перевантаження вихідним струмом. Значення опору цих резисторів R5=R11=1,5 Ом.

Всі резистори, що визначають коефіцієнт посилення перетворювача, відносяться до високочастотного типу С2–29В ±0,5%, інші види С2–33±5%.

Література

  1. Гутніков В.С. «Інтегрована електроніка у вимірювальних приладах». Енергоатоміздат 1988

  2. Посібник «Цифрові та аналогові інтегральні схеми». Радіо і зв’язок, 1989

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *