ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Выбор и согласование уровней сигналов функциональных схем

В функциональной схеме устройства имеется одно устройство с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), это интегратор. Поскольку ширина частотногоспектра информативного параметра сигнала составляет 1 декаду, то коэффициент передачи интеграторадля низшей частоты спектра полезного сообщения должен составлять 20 дб, а для высшей частоты спектра 0 дб, в абсолютных единицах 10 и 1. В тоже время максимальное напряжение на выходе любого из узлов не должно выходить за пределы линейного режима работы ОУ, и для большинства ОУ диапазон выходных сигналов составляет±10В. Примем пределы изменений напряжения на выходе интегратора от -10Вдо +10В. На вход интегратора поступает сигнал с выхода умножителя, следовательно, максимальный уровень напряжения на выходе умножителя после усиления в 10 раз должен составлять 1 В. Поэтому перед входом умножителя для второго сигнала нам необходимо поставить неинвертирующий усилитель, чтобы поднять уровень напряжения с 10 мВ, до 1 В.

Так как коэффициент передачи частотного фильтра равен 1, тогда выходное напряжение ПТН тоже должно изменяться в пределах от 0 Вдо 1 В.

В качестве умножителя удобно использовать ИС К525ПС2, которая дает на выходе напряжение в 10 раз меньшее чем U1*U2, поэтому после умножителя нужно поставить усилитель с коэффициентом усиления 10 для сохранения уровней сигналов. Т.к. интегратор даёт выходной сигнал противоположной полярности входному, поэтому на выходе интегратора будет отрицательное напряжениеот0В до +10В. С другой стороны,логарифматор тоже инвертирует входные сигналы, но он также дает погрешность логарифмирования равной 2,3/0,162=14, то для увеличения точности логарифмирования после логарифматора нужно поставить усилитель с коэффициентом усиления равным 14, и если сделать этот усилитель инвертирующим, напряжение на его выходе по полярности будет повторять напряжение на выходе интегратора и будет положительным. Сумматор выдаст напряжениеот 0 до10 В.

В качестве операционного усилителя во всех функциональных блоках выберем ОУ КД140УД14. Ниже приведены его характеристики:

коэффициент усиления К, тыс. 50,

напряжения питания ±Uп, В 5…20,

ток потребления Iп, мА 1,

средний входной ток Iвх, нА 5,

частотная полоса f1, МГц 0,5 ,

выходной сигнал ±Uвых, В 12,

минимальная нагрузка Rн, кОм 1,

зарубежный аналог LM108.

Схемапреобразователя ток-напряжение

Рисунок 3

Для согласования в функциональном устройстве и экономии различных блоков применим неинвертирующий ПТН. Одна из реализаций показана на рисунке 3.

Так как операционный усилитель имеет огромное входное сопротивление то весь входной ток пойдет в землю через резистор R₁. На неинвертирующем входе ОУ имеем напряжение .Напряжение на выходе ПТН есть

Возьмем R₁=90 Ом и последовательно с ним R_П номиналом в 20 Ом, а R_оси R₂ возьмем одинаковыми по 1 кОм.

U_вых=100*5*10^-3*(1+1/1)=1 В

4.3 Схема фильтра низких частот

Рисунок 4

Так как на первом сигнале мы имеем высокочастотную помеху, то используем ФНЧ Чебышева.

Из таблицы нормированных значений емкостей при различных аппроксимациях и неравномерности 1 дБ запишем значения номинальных емкостей для ФНЧ Чебышева 3 порядка:

Найдем значения емкостей разделив их номинальные значения на

Для получения удобных значений емкостей, выберем и найдем значения С:

Значения сопротивлений будут равны: кОм.

Значение R_oc установим 78 кОм.

Схема логарифматора

Рисунок 5

Логарифматор – это устройство, выходное напряжение которого пропорционально логарифму от его входного напряжения. Для получения логарифмической характеристики в цепь ООС ОУ включают p-n переход. Это может быть диод или биполярный транзистор. В нашей работе мы будем использовать диод КД520А

Диод КД520А, приведём его параметры:

постоянное прямое напряжениеU_пр, В…………1

постоянный обратный токI_O, мкА…………......1

Максимальный ток диода_Iдmaxв цепи ООС, при котором влиянием его собственного сопротивления можно пренебречь, составляет 0,5 мА.

Ток в диоде изменяется по экспоненте:

Из данного выражения найдем U_Д:

Так как операционный усилитель имеет огромное входное сопротивление, то практически весь входной ток пойдет через диод:

, а выходное напряжение есть U_вых=-U_Д

Тогда имеем:

R₁найдем из выражения:

Из полученного выражения для выходного напряжения видно, что оно пропорционально логарифму, также в нем присутствует смещение

Поэтому после логарифматора необходимо установить инвертирующий сумматор, на один из входов которого подается напряжение с логарифматора, а на другой постоянное смещение.

Схема сумматора

Рисунок 6

На рисунке изображен инвертирующий сумматор. На один вход подается напряжение с логарифматора, а на другой – положительное смещение.

Найдем входной ток сумматора:

Так как входной ток ОУ очень мал, то практически весь входной ток пойдет через ОС. Напряжение на выходе ОУ есть

Как было рассчитано ранее, входное напряжение есть:

Мы подаем смещение, чтобы избавиться от второго слагаемого, которое равно:

Так как оно отрицательно, то мы подаем положительное смещение.

Зададим R₁=10 Ом. Чтобы исчезло второе слагаемое должно выполняться следующее условие:

Откуда найдем R₂:

Далее найдем R_ос:

Учитывая смещение, усиление на выходе корректирующего усилителя будет уровень напряжения 0…13 В.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 286; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!