Схема прецизионного выпрямителя

Рисунок 7

Прецизионный выпрямитель предназначен для выпрямления двухполярного напряжения в однополярное.

При подаче положительной полуволны входного напряжения открывается диод D2, и напряжение подается на прямой вход ОУ через резисторный делитель (R2-R4). Запишем усиленный выходной сигнал для положительной полуволны:

При подаче отрицательной полуволны входного напряжения открывается диод D1, и напряжение подается на инверсный вход ОУ через резисторный делитель (R1-R5).Усиленный выходной сигнал для отрицательной полуволны:

Если взять все одинаковые резисторы, то получим на выходе:

Так как на входе выпрямителя мы имеем маленький уровень двухполярного напряжения, то резисторы возьмем по 100 Ом.

Для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя установим RCфильтр низких частот.

При этом должно выполняться следующее условие:

Чтобы выполнялось неравенство необходимо:

Зададимся С=0,1 мкФ, найдем R, зная что =2 кГц, =100 Гц

Найдем R: R=22,3кОм.

Схеманеинвертирующего усилителя

Рисунок 8

На прямой вход усилителя подается входное напряжение.

Выходное напряжение усилителя равно:

Так как мы имеем уровень входного сигнала 0…10 мВ, а для согласования с уровнем входного сигнала на первое функциональное устройство для первого сигнала необходим уровень 1 В, то нам необходим коэффициент усиленияравный 100. Тогда:

Зададим сопротивление R₁=100 Ом

Тогда R₂=99 R₁=10 кОм.

Схема перемножителя

В качестве перемножителя будем использовать интегральную схему К525ПС2.

Рисунок 9

Этот перемножитель имеет три входа X, Y и Z и три входа регулировки смещений X_см, Y_см и Z_см. Выходной сигнал снимается со встроенного операционного усилителя. На инвертирующий вход этого операционного усилителя через резисторы поданы сигналы, один из которых равен произведению XY, а другой Z.

Нам необходимо умножить 2 сигнала с одинаковым уровнем: 0…1В.

На вход Х подадим напряжение с первого функционального блока, а на вход Y–после усилителя для второго функционального блока. Так как выходное напряжение имеет вид U_вых = U₁U₂/10, то после умножителя установим неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 10.

Расчет неинвертирующего усилителя был рассмотрен ранее.

Схема интегратора

Рисунок 10

Интегратор – электронное устройство, выходной сигнал которого пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала.

Так как входной ток ОУ очень мал, то практически весь входной ток пройдет через конденсатор. Напряжение на конденсаторе есть –U_ВХ.

Диапазон интегрирования реального интегратора ограничен снизу частотойw_ср=1/RC(K_U₀+1), что является следствием ограничения максимального коэффициента усиления ОУ. А сверху диапазон интегрирования ограничен частотой w’=(K_U₀+1)/T_ОУ, что является следствием ограничения полосы пропускания ОУ.

Для интегратора нужно выбирать ОУ с очень малым входным токомIвхдля того, чтобы весь ток сигнала протекал через резисторRи конденсатор С, кроме этого ОУ должен иметь большой собственный коэффициент усиления Кuo. Таким условиям удовлетворяет К140УД14. Кроме уже известных параметров ОУ для схемы интегратора имеют значение также и следующие:

напряжение смещения±есм,мВ 5

разность входных токовDiвх, нА 1

постоянная времениtоу, с 16×10 .

Рисунок 11

АЧХинтегратора имеет наклон -20дб/дек и частота единичного усиления должна соответствовать верхнейграницеспектра частот сигнала, т.е. 100Гц, а нижней частоте 10Гц соответствует коэффициент усиления,равный10.

Прямой вход ОУ должен быть заземлён через сопротивлениеR2,равное R1, чтобы уменьшить погрешность интегрирования, вызванную напряжением смещения ОУ. Для этого сопротивления выбираются из условияR1 =R2»есм /Diвх.НаходимR1=R2= 5×10 / 1×10 = 5×10 Ом, принимаемноминалы5,1 МОм.ЁмкостьС = 1/wв×R1= 1/2pfв×R1 = 0,3121×10 Ф, принимаем номинал330 пФ.Определим нижнюю частоту рабочего диапазона частот

fн = 1/2pR1C(Кuo+1) = 1/ 2p 5,1×10 330×10 (50000+1) = 0,0019 Гц.

Таким образом, схема работает как интегратор во всём диапазоне частот информативного параметра сигналаХ2и даже с запасом.

Схема вычитателя

Так как на выходе интегратора мы имеем инвертированный сигнал, уровня

0…-10 В, то для суммирования с сигналом из первого функционального блока используем вычитатель.

Рисунок 12

Подавая на прямой вход напряжение с логарифматора с коррекцией, а на инверсный вход напряжение с интегратора, мы складываем 2 сигнала. И если их пропорционально не уменьшить мы получим нелинейные искажения на выходе сумматора. Поэтому уменьшим каждое слагаемое в 2 раза.

Для инверсного входа имеем: